双摆效应桥式吊车的滑模控制与无模型自适应控制研究

Overhead cranes, as a cargo transportation tool, are widely used in many industrial sites. Most crane control research to date focuses on overhead cranes with single-mode dynamics and does not consider the situation that overhead cranes generate double pendulum effects. Under certain conditions, the crane control problem is more complicated when the payload and the hook create a double-pendulum effect. This project conducts research on overhead cranes with double pendulum effects, which focuses on the sliding mode control and model free adaptive control design. For the trajectory tracking control problem of the overhead crane system, bounded and finite time tracking control will be explored, which will take external uncertainties into account. Based on extended state observer and sliding mode control theory, global robust and output feedback controller will be designed. This project will focus on model free adaptive controller design for double-pendulum crane systems, which includes establishment of system dynamic linearization model, model free adaptive robust controller design and stability analysis. Finally, we will test and evaluate the control performance of the proposed control methods through numerical simulation and practical experiments. The research of this project will promote the widespread applications of overhead cranes.

桥式吊车作为一种货物运输工具，其被广泛地应用于诸多工业场所。目前为止，桥式吊车控制研究工作主要集中于单级摆动的桥式吊车系统，未考虑吊车系统发生双摆效应的情形。在一定情形下，当吊钩与负载产生双摆效应时，此类吊车的控制问题更加复杂。本项目将围绕双摆效应桥式吊车的滑模控制和无模型自适应控制设计两个方面展开研究。本项目针对吊车系统的轨迹跟踪控制问题，探索存在外界不确定情况下的有界且有限时间的跟踪控制。基于扩张状态观测器和滑模控制理论，设计全局鲁棒的输出反馈控制器。本项目将着重考虑双摆吊车系统的无模型自适应控制器设计，主要包括系统动态线性化模型的建立、无模型自适应鲁棒控制器设计及稳定性分析。最后，项目组将通过数值仿真与实际实验对所设计的控制方法进行测试与评估。本项目的研究将有助于促进桥式吊车的广泛应用。

桥式吊车作为一种货物运输工具，其被广泛地应用于诸多工业场所。本课题针对桥式起重机的非线性控制及同类欠驱动系统展开了深入研究，主要研究内容如下：.1）本研究针对桥式起重机系统提出了一种全局滑模控制方法，避免了趋近模态，仅包含滑动模态，通过理论分析证明了闭环系统的稳定性并通过仿真测试检验了所提控制方法的有效性，结果表明所提方法具有良好的控制性能。.2）针对桥式起重机系统存在未建模动态、不确定干扰等情况，基于干扰观测器技术，对桥式起重机系统提出了一种非线性干扰观测器用于估计不确定的外界干扰或不确定性，并在此基础上设计了一种连续滑模控制方法，通过理论分析证明了所提方法的性能并在实验平台上检验了所提控制方法的有效性，结果表明所提方法可很好的估计桥式起重机系统的外界不确定性。.桥式吊车的研究无论从理论研究还是实际应用方面均具有十分重要的意义。在理论研究方面，桥式吊车具有欠驱动系统的共性，因此，本课题为解决桥式吊车所遇到的控制问题所提出的控制方法有望解决上述欠驱动系统的控制问题。在工程实践方面，本项目的研究将有助于促进桥式吊车的广泛应用。