基于能量耦合的欠驱动三维BC防摆控制

吴向明，范 波，张启启，宋晓明

(河南科技大学信息工程学院，河南 洛阳 471023)

1 引言

欠驱动系统以其独立控制变量个数小于系统自由度个数的特性被广泛地应用于各个领域。桥式起重机作为典型的欠驱动控制系统，在短距离场地运输中发挥着重要的作用。

由于运行环境的要求，桥式起重机一般是由经验丰富的工人操作，但介于桥式起重机系统的高度非线性和控制量少等原因，给其控制带来了极大的挑战。这就导致桥式起重机系统普遍存在工作效率低下和安全性能不高等问题。为了提高桥式起重机系统的工作效率与安全性能，国内外许多学者对桥式起重机系统进行了大量的研究：Garrido等人[1]通过输入整形技术在特定脉冲序列对模拟信号进行卷积以减少负载摆动。董明晓等人[2]以基于载荷摆动幅值最小及优化时滞的思想设计最优输入整形器。Fang等人[3]从能量角度来增强台车与负载之间的动态耦合关系，使得桥式起重机控制性能得到了提升。马博军等人[4]设计了一种基于耗散理论的自适应控制器，实现了对整个桥式起重机系统的快速控制。Fang等人[5]构造一条S形定位轨迹，并设计自适应跟踪控制器消除负载摆动。

上述研究均以二维平面内的桥式起重机系统模型为基础展开，而在实际应用中，桥机和吊重多数情况下都在三维空间内运动。由于三维桥式起重机系统模型更接近实际桥式起重机，包含更多的状态量，且各个状态之间相互耦合，非线性更强，增加了吊重摆动控制的难度，因此其研究具有更大的实践价值。……