受兩級(jí)擺動(dòng)影響的吊車系統(tǒng)控制方法研究

欠驅(qū)動(dòng)吊車系統(tǒng)目前在工業(yè)工程領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。在許多情況下，由于負(fù)載與吊鉤之間存在不可忽略的相對(duì)擺動(dòng)，吊車系統(tǒng)往往呈現(xiàn)出雙擺特性，如吊鉤質(zhì)量較大無(wú)法忽略、負(fù)載與吊鉤無(wú)法被視為同一質(zhì)點(diǎn)等。此時(shí)，相比于單擺吊車模型，具有雙擺特性的吊車模型能更精確地描述實(shí)際吊車系統(tǒng)的真實(shí)特性。然而，不可驅(qū)動(dòng)狀態(tài)的增加使系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性更加復(fù)雜，其控制問(wèn)題也更具挑戰(zhàn)。 為此，本項(xiàng)目針對(duì)雙擺吊車系統(tǒng)展開(kāi)了深入研究，所取得的研究成果如下：1) 對(duì)已有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行加工、改進(jìn)和完善，搭建了雙擺橋式吊車與雙擺船用吊車實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。2) 為避免負(fù)載與障礙物發(fā)生碰撞，以提高效率與安全性為目標(biāo)，規(guī)劃了高效的擺動(dòng)抑制軌跡。3) 針對(duì)驅(qū)動(dòng)器飽和、速度信號(hào)難以測(cè)量、參數(shù)不確定等實(shí)際問(wèn)題，提出了具有連續(xù)控制結(jié)構(gòu)的魯棒控制方法與無(wú)需速度反饋的飽和輸出反饋控制方法，可有效約束驅(qū)動(dòng)信號(hào)，節(jié)省速度傳感裝置，處理系統(tǒng)參數(shù)不確定性。4) 針對(duì)吊繩長(zhǎng)度變化的情形，設(shè)計(jì)了伴有負(fù)載升降運(yùn)動(dòng)的吊車系統(tǒng)的控制方法。同時(shí)考慮在控制器中引入額外的動(dòng)能耦合項(xiàng)，設(shè)計(jì)了非線性自適應(yīng)消擺定位控制方法，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載擺動(dòng)的快速抑制。5) 針對(duì)外部干擾與系統(tǒng)參數(shù)不確定性，提出了非線性干擾抑制控制方法，即便在系統(tǒng)參數(shù)未知與存在不匹配干擾的情況下，也能實(shí)現(xiàn)精確定位與殘余振蕩的快速消除。6) 針對(duì)其他吊車系統(tǒng)及欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)展了拓展研究，提出了一系列控制方法。對(duì)上述控制方法，在自主搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；此外，部分方法的性能還在32噸工業(yè)吊車上進(jìn)行了驗(yàn)證。 發(fā)表/錄用SCI源刊論文21篇，包括IEEE Transactions論文14篇；授權(quán)發(fā)明專利8項(xiàng)，受理發(fā)明專利8項(xiàng)。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人獲得天津市自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、吳文俊人工智能自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、天津市專利金獎(jiǎng)、中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)，指導(dǎo)的學(xué)生榮獲“第十一屆中國(guó)青少年科技創(chuàng)新獎(jiǎng)”，指導(dǎo)的學(xué)生團(tuán)隊(duì)入選中國(guó)青少年科技創(chuàng)新獎(jiǎng)勵(lì)基金支持項(xiàng)目—2017年度大學(xué)生“小平科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”。

吊車是常見(jiàn)的大型運(yùn)輸工具，其防擺、定位控制具有重要的研究意義?，F(xiàn)有絕大多數(shù)研究將吊鉤與負(fù)載視為同一質(zhì)點(diǎn)，把負(fù)載擺動(dòng)視為單擺處理。事實(shí)上，在大多數(shù)情況下，吊鉤重量不可忽略，負(fù)載往往具有較大體積，兩者無(wú)法視為同一質(zhì)點(diǎn)。實(shí)際吊車一般表現(xiàn)出更復(fù)雜的兩級(jí)擺動(dòng)特性，欠驅(qū)動(dòng)度更高，非線性、耦合性更強(qiáng)，導(dǎo)致針對(duì)單級(jí)擺動(dòng)吊車設(shè)計(jì)的控制方法無(wú)法適用。因此，針對(duì)更符合實(shí)際情況的兩級(jí)擺動(dòng)吊車系統(tǒng)開(kāi)展研究，具有理論與實(shí)際的雙重意義。針對(duì)兩級(jí)擺動(dòng)吊車系統(tǒng)，本項(xiàng)目將充分考慮工作空間存在動(dòng)靜態(tài)障礙物、未建模動(dòng)態(tài)、不確定參數(shù)、繩長(zhǎng)時(shí)變(負(fù)載升降)、不匹配擾動(dòng)等實(shí)際難題，提出行之有效的控制方案，提高系統(tǒng)工作效率與安全性，增強(qiáng)魯棒性。本項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容包括：在線避障消擺運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、連續(xù)魯棒消擺定位控制、伴有負(fù)載升降的自適應(yīng)控制、受不匹配擾動(dòng)影響的抗干擾控制；在完成理論設(shè)計(jì)與分析后，將在兩級(jí)擺動(dòng)吊車硬件平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

建筑工程施工過(guò)程中土體受擾動(dòng)，它對(duì)周圍環(huán)境的影響與公害問(wèn)題日益突出，本題主要研究受施工擾動(dòng)土體性質(zhì)的變異和在施工中結(jié)構(gòu)與土體的變形、失穩(wěn)與破壞的發(fā)生、發(fā)展及其預(yù)測(cè)與控制，內(nèi)容涉及對(duì)土體不同擾動(dòng)特性的探討、地下結(jié)構(gòu)與周近環(huán)境介質(zhì)的耦合、工程施工力學(xué)以及新的監(jiān)測(cè)、控制與反饋系統(tǒng)；分析各類工程活動(dòng)對(duì)環(huán)境土工公害的監(jiān)控為防治。 2100433B