基于LQR三级倒立摆变论域自适应模糊控制

针对传统模糊控制的不足,以三级倒立摆为例,应用变论域自适应模糊控制理论,给出了三级倒立摆的数学模型,并验证了其可控性。考虑到三级倒立摆为多变量系统,为了解决模糊控制器规则组合爆炸问题,利用LQR理论先设计出状态反馈器,再进行降维处理。最后利用变论域自适应模糊控制理论给出伸缩因子,从而得到变论域自适应模糊控制器。仿真结果表明,该方法控制精度高,具有良好的稳定性和鲁棒性,可实现倒立摆系统的随动控制。     

一种改进的三级倒立摆变论域模糊控制器设计

在传统变论域模糊控制系统中, 论域随着输入的变化实时改变, 论域的反复调整降低了控制的实时性, 同时伸缩因子的函数结构和参数也不易确定. 基于上述问题本文设计了基于改进型变论域算法的三级倒立摆模糊控制器: 首先提出了相对变论域控制思想, 然后采用模糊逻辑推理器构造了伸缩因子, 实时调整输入变量, 从而相对性地改变论域大小, 避免了传统伸缩因子的函数结构和参数不易确定的问题, 并根据系统闭环响应曲线设计了控制 器输出调整因子. 最后采用极点配置方法对状态变量进行综合, 避免了规则爆炸问题. 三级倒立摆的仿真结果表明了该方法具有较好的控制效果.     

基于滑模方法的桥式吊车系统的抗摆控制

针对桥式吊车这类欠驱动系统，提出一种基于滑模控制的抗摆方法．该方法将系统状态分成两组。构造出一种双层滑动平面．结合桥式吊车系统数学模型的特点。求取了总的滑模控制量并进一步设计了控制器的参数．采用Lyapunov方法，从理论上证明了各级滑动平面的稳定性．仿真结果验证了该方法对于桥武吊车系统抗摆控制的有效性．     

基于LQR的二级倒立摆的变论域自适应模糊控制

针对传统模糊控制的不足,以二级倒立摆为例,采用了变论域自适应模糊控制理论.考虑到二级倒立摆为多变量系统,为了解决模糊控制器规则组合爆炸问题,利用LQR理论先设计出状态反馈器,再进行降维处理.最后利用变论域自适应模糊控制理论给出伸缩因子,从而得到变论域自适应模糊控制器.仿真结果表明,该方法控制效果好,鲁棒性强.     

基于嵌套饱和方法的吊车系统非线性控制

针对吊车系统定位和防摆的控制要求,提出了一种基于嵌套饱和方法的非线性控制策略。对吊车系统动力学方程进行部分反馈线性化,并通过坐标变换将其转化为便于控制器设计的严格前馈级联规范型;在此基础上利用嵌套饱和非线性控制方法设计了吊车定位防摆控制器。仿真结果表明,该方法在较小的控制力作用下实现了吊车系统的定位和防摆,并且对于吊车系统参数的变化具有很强的鲁棒性。     

基于逆系统方法的内模控制在吊车消摆运动中的应用

针对非线性、欠驱动的桥式吊车水平运动系统，先运用非线性逆系统方法将其转化为伪线性系统，然后按照线性系统理论设计内模控制器来控制吊车的水平定位．同时设计了一个角度反馈控制器来确保摆角迅速衰减．最后和常规PID、模糊控制做了比较．实验结果表明，本方案能保证定位无静差、摆角迅速衰减，同时具有良好的抗干扰能力和较强的鲁棒性，控制效果优于PID和模糊控制．     

龙门吊车系统的动力学建模

针对龙门吊车这一典型的欠驱动机械系统,采用拉格朗日方程的方法建立了其动力学模型。该模型同时考虑了吊车系统水平方向、前后方向和垂直方向上的三维运动以及由这些运动导致的负载摆角变化,且负载在二维空间的摆动角度通过特殊定义的二维平面的摆角进行描述。根据负载摆角的定义方式,取消三维吊车系统动力学模型的一个运动自由度直接将得到广泛研究的二维吊车系统的动力学模型。为了便于进行控制器的设计,还给出了近似条件下的龙门吊车系统的线性化模型。最后,数字仿真实验结果证明了动力学模型的有效性。     

单神经元PID控制的吊车防摆定位系统

针对桥式吊车水平运动系统是一个非线性、变参数、强耦合的对象，本文设计了具有自学习和自适应能力的单神经元构成单神经元自适应智能PID控制器，将其应用于吊车的定位和防摆控制。仿真实验结果表明，该种控制方案简单，能适应环境的变化，有较强的鲁棒性。     

基于非线性PID的吊车防摆定位控制

针对桥式吊车水平运动系统是一个非线性、变参数、强耦合的对象，采用非线性PID控制器进行定位和防摆控制。仿真实验结果表明，系统具有良好的动态、静态特性和强的鲁棒性。     

基于模糊自适应PID控制的吊车防摆定位系统

针对桥式吊车水平运动系统是一个非线性、变参数、强耦合的对象，采用模糊自适应PID控制器进行定位和防摆控制。仿真实验结果表明，系统具有良好的动态、静态特性和较强的鲁棒性。     

基于模糊控制的桥式起重机定位防摆研究

针对线性二次型最优控制(LQR)法在起重机定位防摆中存在的不足,在分析了桥式起重机小车运行物理模型的基础上,将模糊理论引入起重机定位防摆中,提出了基于模糊理论控制的思想,设计了一种基于模糊的起重机定位与防摆控制方法.通过建立隶属度函数与模糊控制规则,利用两个模糊控制器对小车的位置和负载的摆动角度分别进行控制,建立了模糊控制系统.通过与LQR仿真结果进行比较,结果表明了该方法的可行性与较好的鲁棒性.     

基于LQR算法的三维桥式吊车定位及防摆控制研究

首先采用牛顿力学方法建立了三维桥式吊车的非线性动力学模型,然后将其在平衡点处进行线性化,得到系统在X方向和Y方向完全解耦的状态空间方程。根据现代控制理论设计了系统的线性二次最优调节器(LQR)并进行SIMULINK仿真,最后利用C++语言和MATLAB将控制算法程序化,实时控制在多媒体定时器中断服务函数内实现,自主搭建了一套三维桥式吊车实验平台。系统成功实现运动范围内的定位及防摆控制,仿真及实验结果表面建立三维桥式吊车解耦模型的合理性与控制算法的有效性。     

A New Adaptive Neuro-sliding Mode Control for Gantry Crane

This paper presents a new adaptive neuro-sliding mode control for gantry crane as varying rope length. This control method derived from combining the sliding surfaces of three subsystem of the gantry crane (trolley position, rope length, anti-swing) to draw out two system sliding surfaces: the trolley position with the anti-swing and the rope length and the anti-swing. On the based of the sliding mode control principle, drawn out the equivalent controller and the switching controller for gantry crane. But due to the uncertain parameters-nonlinear model of gantry crane with the bound disturbances, combining the neural approximate method, defined the neural controller and the compensation controller for the difference between the equivalent controller and the neural controller for two system control inputs: trolley position and rope length. The adaptive control laws for these controllers were deduced from Lyapunov’s stable criteria to asymptotically stabilize the sliding surfaces. Simulation studies are performed to illustrate the effectiveness of the proposed control.     

基于输入整形技术的吊车系统防摆控制

针对传统吊车防摆闭环控制方法存在的控制器设计相对复杂、控制效果不理想、不易实现等问题,提出了一种基于经典控制理论与前馈输入整形技术相结合的控制技术。首先,对吊车系统进行建模并简化数学模型,采用经典控制理论设计吊车的伺服控制系统。其次,在吊车伺服系统的基础上,引入输入整形技术设计吊车系统的ZV输入整形器。最后,通过MATLAB仿真验证所提出控制技术的有效性。     

基于能量分析的桥式起重机防摆控制方法

针对欠驱动桥式起重机在自动化驾驶研究中负载升/落吊运动与台车水平位移联动时,负载摆动抑制效果和控制性能不能满足实际工程需要,易造成安全事故的问题,提出一种基于能量分析的桥式起重机联动系统非线性耦合防摆控制器.采用非线性耦合控制方法,构造新型储能函数,设计出非线性耦合防摆控制器.利用LaSalle不变性原理和Lyapunov方法对该闭环反馈系统稳定性进行严格的数学分析.理论推导、仿真与实验结果表明:相比于非线性跟踪控制器和局部反馈线性化控制器,所提非线性耦合防摆控制器具有更佳的控制性能,不仅提高了负载的吊运效率,而且能够有效抑制和快速消除负载摆角;在添加外部扰动的情况下,仍能取得良好的控制效果,具有较强的鲁棒性,为桥式起重机联动系统提供了一种新的防摆控制方法.     

Nonlinear Anti-swing Control of Underactuated Tower Crane Based on Improved Energy Function

The control system of tower crane exhibits strong nonlinearity in the process of control execution, which is prone to the problems of inaccurate positioning control of the payload and difficult anti-swing control. Aiming at the problems, this paper proposes a control law based on improved energy coupling analysis for suppressing the payload swing in the tower cranes. A three-dimensional dynamic model of tower crane system with considering friction is established, and an improved energy coupling signal is designed. The coupling relationship of trolley movement and payload swing, jib rotation and payload swing are considered, then a nonlinear anti-swing controller is established in order to reduce the swing. The closed-loop stability of the system with the controller is verified by the Lyapunov method and LaSalle invariance principle, simulations and experimental analyses are performed to verify the controller performance. The control performance of the controller is compared with other classic and typical current control methods, and the proposed controller outperformed other controllers. The anti-swing controller proposed in this paper has accurate positioning, and can achieve precise control when the payload is transported, reaching the set target position in a little time and eliminating residual swing angle. Meanwhile the proposed controller has a good control robustness, which can restore stability in around a very short time when the rope length and payload mass of the system’s inherent property are changed and external interference is added. In addition, when different target position parameters are uncertain, the proposed control law has good robust performance.

     

Motion planning for three-dimensional overhead cranes with high-speed load hoisting

This paper proposes a systematic anti-swing motion-planning method for three-dimensional overhead cranes, based on the load-swing dynamics of a two-dimensional overhead crane. First, a model-following anti-swing control law is designed based on the load-swing dynamics of a two-dimensional overhead crane, where the Lyapunov stability theorem is used as a mathematical tool. Then a new anti-swing motion-planning scheme is designed for a two-dimensional overhead crane based on the model-following anti-swing control law and typical crane operation in practice. Finally, the new anti-swing motion-planning scheme is extended for a three-dimensional overhead crane, based on the geometric relationship between a three-dimensional overhead crane and its two-dimensional counterpart. As a result, the proposed method avoids solving the load-swing dynamics of a three-dimensional overhead crane which is much more complicated than that of its two-dimensional counterpart. Furthermore, the proposed method can be applied to any existing overhead cranes without increasing their actuator torque capacity. The effectiveness of the proposed method is demonstrated by generating high-performance anti-swing trajectories with high-speed long-distance load hoisting.     

伴有初始负载摆角的桥式起重机能量防摆控制

桥式起重机是一种广泛应用的大型搬运设备,在实际工作过程中,台车运动时会产生伴有初始负载摆角的负载摆动,影响工作效率并带来安全隐患.针对这种情况,设定期望的台车误差轨迹和摆角误差轨迹,将桥式起重机动力学模型转换为误差跟踪动力学模型,提出一种基于能量分析方法的桥式起重机防摆控制策略.通过LaSalle不变性原理和Lyapunov方法对闭环系统的稳定性进行理论分析.仿真与实验结果表明,所提防摆控制方法的控制性能几乎不受初始负载摆角的影响,可以保证桥式起重机在无初始负载摆角和带有初始负载摆角的情况下都能取得良好的控制效果,能够驱动台车准确到达目标位置,有效抑制并快速消除负载摆角,同时对外部扰动具有很强的鲁棒性.     

一类欠驱动机械系统的非线性控制

针对一类欠驱动机械系统．分析了其数学模型,提出了一种基于部分反馈线性化的非线性控制方案．该方案利用精确线性化的方法将欠驱动系统直接激励部分线性化,将被动部分作为系统的内部动态考虑;并选择直接激励的自由度作为系统输出．进行系统的轨迹跟踪控制;通过分析系统的内部动态,证明了零动态的稳定性能保证控制系统的稳定性．最后通过对吊车的负载防摆控制的研究．验证了该方案的可行性．