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1、基于自抗擾控制技術(shù)的吊車(chē)控制研究張潔2016年01月中圖分類(lèi)號(hào)：TP273UDC分類(lèi)號(hào)：621.3基于自抗擾控制技術(shù)的吊車(chē)控制研究作者姓名張潔學(xué)院名稱(chēng)自動(dòng)化學(xué)院指導(dǎo)教師蔡濤副研究員答辯委員會(huì)主席鄭萬(wàn)煦研究員申請(qǐng)學(xué)位工學(xué)碩士學(xué)科專(zhuān)業(yè)控制科學(xué)與工程學(xué)位授予單位北京理工大學(xué)論文答辯日期2016年01月AnActiveDisturbanceRejectionControlStudyofCraneControlCandidateName：JieZhangSchoolorDepartment:SchoolofAutomationFacultyMentor:AssociateProf.TaoCaiCh
2、air,ThesisCommittee：Prof.WanxuZhengDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2016研究成果聲明本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是我本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作獲得的研究成果。盡我所知，文中除特別標(biāo)注和致謝的地方外，學(xué)位論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得北京理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)所使用過(guò)的材料。與
3、我一同工作的合作者對(duì)此研究工作所做的任何貢獻(xiàn)均已在學(xué)位論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。特此申明。簽名：日期：摘要橋式吊車(chē)系統(tǒng)是非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合、欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，控制難度大，它要求在快速將貨物運(yùn)送到指定位置的同時(shí)，盡量減小負(fù)載的擺角，同時(shí)使系統(tǒng)能夠抵抗風(fēng)力、摩擦力的擾動(dòng)；其控制的另一難點(diǎn)在于系統(tǒng)在使用過(guò)程中繩長(zhǎng)與負(fù)載質(zhì)量會(huì)改變，即模型變參數(shù)。本文首先將吊車(chē)系統(tǒng)作為被控對(duì)象進(jìn)行建模，建立了包括擾動(dòng)因素在內(nèi)的完整模型。對(duì)現(xiàn)有吊車(chē)控制系統(tǒng)常用的輸入整形（InputShaping）方法進(jìn)行研究，得出其消擺實(shí)質(zhì)是引入前饋抵消振蕩極點(diǎn)的結(jié)論，由此提出一種具有零極點(diǎn)對(duì)消環(huán)節(jié)的PID控制器并將兩種方案進(jìn)行對(duì)比
4、分析。根據(jù)被控對(duì)象的特點(diǎn)，提出負(fù)載位置反饋控制方案和臺(tái)車(chē)位置反饋控制方案，針對(duì)負(fù)載位置反饋方案設(shè)計(jì)了四階自抗擾控制器，考慮到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采樣時(shí)間的限制，四階自抗擾平臺(tái)實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)，從而將高次項(xiàng)作為擾動(dòng)，設(shè)計(jì)了更易實(shí)現(xiàn)的增大b的0二階自抗擾控制器，針對(duì)臺(tái)車(chē)位置反饋方案設(shè)計(jì)了二階自抗擾控制器，完成仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明臺(tái)車(chē)位置反饋?zhàn)钥箶_控制更為優(yōu)異，將該方案與輸入整形方案進(jìn)行對(duì)比分析。最后，設(shè)計(jì)了橋式吊車(chē)的原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其中采用工業(yè)相機(jī)與OpenCV方法結(jié)合設(shè)計(jì)完成了吊車(chē)擺角測(cè)量裝置，測(cè)量頻率可達(dá)50幀/s以上，橋式吊車(chē)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，自抗擾控制器在該類(lèi)系統(tǒng)中具有控制優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：吊車(chē)系統(tǒng)；非線(xiàn)
5、性；擾動(dòng)；伺服系統(tǒng)；自抗擾；輸入整形IAbstractOverheadcranesystemisakindofnonlinear,stronglycoupled,underactuationsystem.Itisdifficulttocontrolthesystemwhichrequiresthatgoodsarecarriedtothedesignatedlocationquicklyandminimizingtheswingangleoftheload.Itisalsorequiredthatthesystemshouldresistwindandfrictiondisturbanc
6、e.Anotherprobleminthesystemisthatthelengthoftheropeandthequalityoftheloadwillchangewhilethesystemisoperating,whichleadstochangesinparametersofthemodel.Firstly,thethesisregardstheoverheadcraneasthecontrolledobjectandbuildsthemodelofit,takingthedisturbancefactorsintoconsideration.Nowcranesystemisof
7、tenanalyzedbytheinputshapingmethod.Thesubstanceofsuppressingswingangleisconcludedthroughtheoreticalderivationthattheinputshapingcontrollerintroducesafeedforwardcontrollertooffsettheoscillation.SoaPIDcontrollerwithapole
