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基于小车位置的起重机吊重系统扩张状态观测器设计
时间:2017-04-12 16:10 来源:未知 浏览:

      西南大学学报(自然科学版)根据小车方位的起重机吊重体系扩展状况观测器规划钟斌1,蒋猛2中国人民武装警察部队工程大学配备工程学院特种配备研究所,西安710086;西南大学工程技术学院,重庆400715转换为等效的规范积分串联型体系,以专一丈量的小车方位信息作为输入,对于起重机吊重积分串联型体系规划扩展状况观测器,并将起重机吊重体系杂乱的建模动态、外部搅扰等要素扩展成新的状况变量。将观测器状况变量经过坐标反改换取得起重机吊重体系的估量状况向量,完成体系状况空间的重构。仿真试验标明:各状况变量差错收敛时刻不超越0. 2s;当接连幂次函数的线性区间长度规模为(0,0.01时,观测器能有用地重构体系状况空间;观测器对体系参数的改变具有杰出的鲁棒性。

  起重机吊重防摇控制体系中需求实时获取小车方位与速度、吊重摆角与摆角角速度等状况变量信息,因为吊重与起重机小车的柔性联接构造,直接用传感器丈量吊重摆角存在必定难度,安装传感器现场丈量状况变量信息也会添加控制体系本钱。因而,为了取得起重机吊重体系状况变量的估量信息,一直寻求根据观测器的理论与办法,对起重机吊重体系状况空间进行重构。经过实践使用标明,杰出,这主要是因为:①观测器的规划彻底依赖于起重机吊重体系动力学模型;②观测器的规划是对于具有断定参数简化的线性模型,且所规划的观测器本质上也是线性的,因而,观测器的有用性具有必定的有用规模。

  扩展状况观测器是一种新式的非线性状况观测器。经过把体系中的表里扰动、体系未建模动态等扩展成新的一阶状况,再使用特定的非润滑非线性差错反馈,然后挑选恰当的观测器参数,得到体系一切状况的观测值,也包含目标模型的不断定性和不知道扰动的观测值。对于观测器规划的缺乏,这篇文章规划了起重机吊重体系扩展状况观测器,将起重机吊重体系杂乱的建模动态、外部搅扰等要素扩展成新基金项目:国家自然科学基金赞助项目((1005246)。

  的状况变量,专一使用现场丈量的小车方位信息,得到小车方位与速度、吊重摆角与角速度等状况变量的估量信息,然后完成重构体系状况空间。这篇文章的规划办法简直彻底克服了根据极点装备的观测器规划办法的缺乏,具有更广泛、更实践的工程使用价值。

  1起重机吊重体系扩展状况观测器规划扩展状况观测器自身是一个动态进程,只需原目标的输入一输出信息,无需描绘目标传递联系函数的任何信息,所以观测器的规划并不依赖于断定的体系动态模型。扩展状况观测器的作用本质是由被观测体系观测出该体系的各阶导数,而且能够将体系的已建模动态、未建模动态和外部搅扰作用等要素扩展成新的状况变量。为此,将起重机吊重体系模型转换为等效的积分串联型规范体系。

  11起重机吊重体系模型起重机吊重体系几许模型的树立及动力学模型的树立进程拜见,动力学模型为T,其间Xi X为小车方位(m),X2 X为小车速为吊重摆角(rad),X4为吊重摆角角速度(rad/s);系数a)一1;M和m别离为小车和吊重质量(kg);l为起升绳长(m);g为重力加速度,g9.81m/s2;mF为小车驱动力输入(N)。

  根据小车方位信息的扩展状况观测器规划=yi计差错;p=p,PT为观测器参数;fal((a,幻为原点邻近具有线性段的接连幂次函数,其间a= 3,4)S为线性段的区间长度,且S>0.增益;小差错,大增益“的数学拟合。

  得起重机吊重体系(i)的估量状况向量1=,然后重构体系(i)的状况变量空间。

  2仿真试验为了验证扩展观测器(5)规划的合理性,重构起重机吊重体系状况空间X= t的有用小车驱动力F=2000N.经重复试验取b=0.002,p=t.图i为扩展观测器状况变量;y4经过坐标反改换得到状况变量yir别离重构体系(i)状况变量ri=r,r=,r=,r=的成果,可见观测器能迅速重构体系(4)的状况变量,然后完成起重机吊重体系状况空间重构。为重构状况差错(i =r标明各状况变量的差错收敛时刻不超越0.2s,进一步验证了观测器重构状况的迅速性和有用性。

  为了仿真研究幂次函数(6)中5对观测器观测差错收敛速度的影响,取=1,2,3,4)作为状况变量归纳差错目标如,仿真试验标明8对有较大的影响:当0< 5<0.01时,及2收敛,标明体系(1)各状况变量估量差错收敛,在此区间,随5的增大:!:<(收敛的时刻延伸;当0.01时,:<(发散,标明体系(1)各状况变量估量差错发散,不能经过扩展观测器有用地重构起重机吊重体系状况空间。由此可见,合理挑选5是观测器规划有用的要害。

  试验中发现观测作用简直不受体系参数M、m、Z的影响,具有非常好的体系参数适应性,这对的定论而言,具有很大的改善,然后扩展了所规划扩展状况观测器的有用规模。

  3定论经过坐标改换,起重机吊重四阶体系转换为积分串联型五阶体系,将体系已建模动态、未建模动态和外部搅扰等要素扩展成新的状况,经过规划的扩展状况观测器能有用地全维重构起重机吊重体系状况空间,经过试验得到了如下定论:1)各状况变量差错收敛时刻不超越0.2s,观测器具有杰出的迅速状况观测功能;2)接连幂次函数的线性区间规模对状况变量归纳差错的影响较大;要使观测器能有用地重构体系状况空间,线性区间长度的改变规模为(0,0.01;3)扩展状况观测器相对于根据极点装备办法规划的线性观测器具有非常好的体系参数适应性,这使得这篇文章的扩展状况观测器更具有工程使用价值。

  另外,这篇文章对观测器参数的设置是经过重复试验试凑的办法,所以下一步的研究重点:一是观测器参数的理论优化规划;二是观测器的物理完成。