基于固定时间滑模控制的桥式起重机抑摆策略

作     者：王政昊 周乐 郑洪波 WANG Zhenghao;ZHOU Le;ZHENG Hongbo

作者机构：浙江科技大学自动化与电气工程学院浙江杭州310023 

出 版 物：《机电工程》 (Journal of Mechanical & Electrical Engineering)

年 卷 期：2025年第42卷第1期

页      面：153-163页

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(62173306) 

主　　题：起重机械 欠驱动系统 终端滑模控制 固定时间稳定理论 抗干扰能力 快速响应 抖振抑制 桥式起重机 

摘      要：由于桥式起重机系统的运行环境的原因,起重机运行过程中普遍存在类似机械振动、风力影响等外部干扰。为了提高起重机系统的抗干扰能力和快速响应性能,以二维桥式起重机系统为研究对象,提出了一种鲁棒的基于固定时间滑模控制(FTSMC)的桥式起重机抑摆策略。首先,综合考虑了外部干扰以及导轨与行车之间的动态摩擦特性对桥式起重机动力学的影响,采用拉格朗日动力学方程建立了起重机系统的非线性动力学模型,并对其行车的期望轨迹进行了规划;然后,基于固定时间稳定理论和非奇异快速终端滑模控制策略,设计了新型非线性滑模面和弱抖振控制律,并利用Lyapunov理论证明了闭环系统的稳定性;最后,通过数值仿真实验验证了FTSMC控制策略的有效性。研究结果表明:在系统参数不确定性、不同载荷率等鲁棒性测试中,FTSMC控制策略能够保证系统的高抗干扰能力和快速响应特性,同时还表现出良好的负载摆动抑制能力;与现有文献中的控制策略相比,FTSMC控制策略可以在9 s内快速抑制负载摆动,抑摆控制时间至少缩短了25.3%;在行车的轨迹跟踪方面,FTSMC控制策略能够在6 s内精确地跟踪期望轨迹,其跟踪速度至少提升了49.3%。FTSMC策略不仅提高了起重机系统的快速响应性能和抗干扰能力,同时在抑制负载摆动方面也展现了其优越的性能。