基于模型预测控制的桥式起重机防摇设计

兰州理工大学学报 ›› 2020, Vol. 46 ›› Issue (2): 92-96.

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基于模型预测控制的桥式起重机防摇设计

唐伟强^1,2,3, 黄小丽¹, 龙文堃¹, 孙丽娟¹

1.兰州理工大学电气工程与信息工程学院, 甘肃兰州 730050;
2.兰州理工大学甘肃省工业过程先进控制重点实验室, 甘肃兰州 730050;
3.兰州理工大学国家级电气与控制工程实验教学中心, 甘肃兰州 730050

收稿日期:2018-09-14 出版日期:2020-04-28 发布日期:2020-06-23
作者简介:唐伟强(1978-),男,广西藤县人,博士,副教授.
基金资助:
国家自然科学基金(61463029)

Anti-sway design of overhead crane based on model predictive control

TANG Wei-qiang^1,2,3, HUANG Xiao-li¹, LONG Wen-kun¹, SUN Li-juan¹

1. College of Electrical and Information Engineering, Lanzhou Univ. of Tech. , Lanzhou 730050, China;
2. Key Laboratory of Gansu Advanced Control for Industrial Processes,Lanzhou Univ. of Tech. , Lanzhou 730050, China;
3. National Experimental Teaching Center of Electrical and Control Engineering, Lanzhou Univ. of Tech. , Lanzhou 730050, China

Received:2018-09-14 Online:2020-04-28 Published:2020-06-23

摘要/Abstract

摘要： 针对桥式起重机工作过程中吊重摇摆的问题,基于预测控制策略提出了一种电子防摇设计方法.首先对桥式起重机进行动力学分析,利用Lagrange方程,建立了面向控制的数学模型.其次,根据对象的历史信息和未来输入预测其将来输出,结合预测误差补偿,通过性能函数的优化得到其控制律.最后,仿真结果表明,所设计的防摇系统能实现小车快速定位和吊重摆角的有效抑制.与最优防摇控制相比,系统超调量和摆角幅度均大大减小,显示了该防摇方法的优越性;加入参数摄动和测量噪声,防摇系统仍能很好地达到控制目标,说明了该防摇方法具有较好的鲁棒性.

关键词: 桥式起重机, 防摇控制, 预测控制, 摆角幅度

Abstract: Aimed at the sway problem of lifted weight in the working process of overhead crane, an electronic anti-swing design method is proposed based on predictive control strategy. Firstly, dynamic analysis is carried out for the overhead crane, and a control-oriented mathematical model is established by using Lagrange equation, Secondly, according to the historical information of the object and the future input, the future output is predicted and a control rule is obtained by optimizing the performance function combined with prediction error compensation. Finally, it is shown by simulation result that the designed anti-sway system can be used to realize rapid positioning of the trolley and effective restriction of the swing angle of lifted weight. Compared with an optimal anti-sway control, the system overshoot and swing angle amplitude will be greatly reduced, manifesting the superiority of this anti-sway method; When a parameter perturbation or measurement noise is added onto this system, the anti-sway system can still achieve the control purpose very well, showing that this anti-swing method has a better robustness.

Key words: overhead crane, anti-sway control, predictive control, swing angle amplitude

中图分类号:

TP273

唐伟强, 黄小丽, 龙文堃, 孙丽娟. 基于模型预测控制的桥式起重机防摇设计[J]. 兰州理工大学学报, 2020, 46(2): 92-96.

TANG Wei-qiang, HUANG Xiao-li, LONG Wen-kun, SUN Li-juan. Anti-sway design of overhead crane based on model predictive control[J]. Journal of Lanzhou University of Technology, 2020, 46(2): 92-96.

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基于模型预测控制的桥式起重机防摇设计

Anti-sway design of overhead crane based on model predictive control

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