受兩級擺動影響的吊車系統(tǒng)控制方法研究中文摘要

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(xiàn)有絕大多數(shù)研究將吊鉤與負載視為同一質(zhì)點，把負載擺動視為單擺處理。事實上，在大多數(shù)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(zhì)點。實際吊車一般表現(xiàn)出更復(fù)雜的兩級擺動特性，欠驅(qū)動度更高，非線性、耦合性更強，導(dǎo)致針對單級擺動吊車設(shè)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(tǒng)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(tǒng)，本項目將充分考慮工作空間存在動靜態(tài)障礙物、未建模動態(tài)、不確定參數(shù)、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(tǒng)工作效率與安全性，增強魯棒性。本項目研究內(nèi)容包括：在線避障消擺運動規(guī)劃、連續(xù)魯棒消擺定位控制、伴有負載升降的自適應(yīng)控制、受不匹配擾動影響的抗干擾控制；在完成理論設(shè)計與分析后，將在兩級擺動吊車硬件平臺上進行實驗研究。

欠驅(qū)動吊車系統(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，由于負載與吊鉤之間存在不可忽略的相對擺動，吊車系統(tǒng)往往呈現(xiàn)出雙擺特性，如吊鉤質(zhì)量較大無法忽略、負載與吊鉤無法被視為同一質(zhì)點等。此時，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際吊車系統(tǒng)的真實特性。然而，不可驅(qū)動狀態(tài)的增加使系統(tǒng)的動力學(xué)特性更加復(fù)雜，其控制問題也更具挑戰(zhàn)。 為此，本項目針對雙擺吊車系統(tǒng)展開了深入研究，所取得的研究成果如下：1) 對已有實驗平臺進行加工、改進和完善，搭建了雙擺橋式吊車與雙擺船用吊車實驗平臺。2) 為避免負載與障礙物發(fā)生碰撞，以提高效率與安全性為目標，規(guī)劃了高效的擺動抑制軌跡。3) 針對驅(qū)動器飽和、速度信號難以測量、參數(shù)不確定等實際問題，提出了具有連續(xù)控制結(jié)構(gòu)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(qū)動信號，節(jié)省速度傳感裝置，處理系統(tǒng)參數(shù)不確定性。4) 針對吊繩長度變化的情形，設(shè)計了伴有負載升降運動的吊車系統(tǒng)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(shè)計了非線性自適應(yīng)消擺定位控制方法，可實現(xiàn)負載擺動的快速抑制。5) 針對外部干擾與系統(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，也能實現(xiàn)精確定位與殘余振蕩的快速消除。6) 針對其他吊車系統(tǒng)及欠驅(qū)動系統(tǒng)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臺上進行了實驗驗證；此外，部分方法的性能還在32噸工業(yè)吊車上進行了驗證。 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，受理發(fā)明專利8項。項目負責人獲得天津市自然科學(xué)一等獎、吳文俊人工智能自然科學(xué)一等獎、天津市專利金獎、中國自動化學(xué)會優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎等獎勵，指導(dǎo)的學(xué)生榮獲“第十一屆中國青少年科技創(chuàng)新獎”，指導(dǎo)的學(xué)生團隊入選中國青少年科技創(chuàng)新獎勵基金支持項目—2017年度大學(xué)生“小平科技創(chuàng)新團隊”。

建筑工程施工過程中土體受擾動，它對周圍環(huán)境的影響與公害問題日益突出，本題主要研究受施工擾動土體性質(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)測與控制，內(nèi)容涉及對土體不同擾動特性的探討、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、控制與反饋系統(tǒng)；分析各類工程活動對環(huán)境土工公害的監(jiān)控為防治。 2100433B