《受兩級擺動影響的吊車系統控制方法研究》是依託南開大學，由孫寧擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：受兩級擺動影響的吊車系統控制方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫寧
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
吊車是常見的大型運輸工具，其防擺、定位控制具有重要的研究意義。現有絕大多數研究將吊鉤與負載視為同一質點，把負載擺動視為單擺處理。事實上，在大多數情況下，吊鉤重量不可忽略，負載往往具有較大體積，兩者無法視為同一質點。實際吊車一般表現出更複雜的兩級擺動特性，欠驅動度更高，非線性、耦合性更強，導致針對單級擺動吊車設計的控制方法無法適用。因此，針對更符合實際情況的兩級擺動吊車系統開展研究，具有理論與實際的雙重意義。針對兩級擺動吊車系統，本項目將充分考慮工作空間存在動靜態障礙物、未建模動態、不確定參數、繩長時變(負載升降)、不匹配擾動等實際難題，提出行之有效的控制方案，提高系統工作效率與安全性，增強魯棒性。本項目研究內容包括：線上避障消擺運動規劃、連續魯棒消擺定位控制、伴有負載升降的自適應控制、受不匹配擾動影響的抗干擾控制；在完成理論設計與分析後，將在兩級擺動吊車硬體平台上進行實驗研究。
結題摘要
欠驅動吊車系統目前在工業工程領域套用十分廣泛。在許多情況下，由於負載與吊鉤之間存在不可忽略的相對擺動，吊車系統往往呈現出雙擺特性，如吊鉤質量較大無法忽略、負載與吊鉤無法被視為同一質點等。此時，相比於單擺吊車模型，具有雙擺特性的吊車模型能更精確地描述實際吊車系統的真實特性。然而，不可驅動狀態的增加使系統的動力學特性更加複雜，其控制問題也更具挑戰。 為此，本項目針對雙擺吊車系統展開了深入研究，所取得的研究成果如下：1、 對已有實驗平台進行加工、改進和完善，搭建了雙擺橋式吊車與雙擺船用吊車實驗平台。2、為避免負載與障礙物發生碰撞，以提高效率與安全性為目標，規劃了高效的擺動抑制軌跡。3、針對驅動器飽和、速度信號難以測量、參數不確定等實際問題，提出了具有連續控制結構的魯棒控制方法與無需速度反饋的飽和輸出反饋控制方法，可有效約束驅動信號，節省速度感測裝置，處理系統參數不確定性。4、針對吊繩長度變化的情形，設計了伴有負載升降運動的吊車系統的控制方法。同時考慮在控制器中引入額外的動能耦合項，設計了非線性自適應消擺定位控制方法，可實現負載擺動的快速抑制。5、針對外部干擾與系統參數不確定性，提出了非線性干擾抑制控制方法，即便在系統參數未知與存在不匹配干擾的情況下，也能實現精確定位與殘餘振盪的快速消除。6、針對其他吊車系統及欠驅動系統開展了拓展研究，提出了一系列控制方法。對上述控制方法，在自主搭建的實驗平台上進行了實驗驗證；此外，部分方法的性能還在32噸工業吊車上進行了驗證。 發表/錄用SCI源刊論文21篇，包括IEEE Transactions論文14篇；授權發明專利8項，受理髮明專利8項。項目負責人獲得天津市自然科學一等獎、吳文俊人工智慧自然科學一等獎、天津市專利金獎、中國自動化學會優秀博士學位論文獎等獎勵，指導的學生榮獲“第十一屆中國青少年科技創新獎”，指導的學生團隊入選中國青少年科技創新獎勵基金支持項目—2017年度大學生“小平科技創新團隊”。
