(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210850281.4 (22)申请日 2022.07.19 (71)申请人 南京工业大 学 地址 211800 江苏省南京市浦口区浦珠南 路30号 (72)发明人 欧阳慧珉 　史荣　 (74)专利代理 机构 南京禹为知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 32272 专利代理师 褚晓英 (51)Int.Cl. B66C 13/06(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种桥式起重 机的离散滑模预测控制方法 (57)摘要 本发明公开了一种桥式起重机的离散滑模 预测控制方法， 包括： 根据实际桥式起重机的参 数和拉格朗日动力学方程， 建立并转化为同时存 在匹配扰动和非匹配扰动下的二维桥式起重机 离散系统模型； 设计一种干扰观测器； 设计含有 干扰估计项的离散滑模指数趋近律； 根据等效控 制得出离散滑模控制律； 利用模 型预测控制输出 最优控制序列以驱动系统输出到所述滑模面； 结 合所述干扰观测器、 所述离散滑模面趋近律以及 所述最优控制序列， 构建离散时间的滑模预测控 制。 本发明提供的控制方法有效地抑制了存在不 确定性与外界不确定扰动等的影 响， 使系统稳定 收敛速度得到了提高， 增强了控制系统的鲁棒 性， 最终能够实现快速高效的到达目标位置与 负 载摆动抑制。 权利要求书2页 说明书8页 附图6页 CN 114988278 A 2022.09.02 CN 114988278 A 1.一种桥式起重 机的离散滑模预测控制方法， 其特 征在于， 包括： 根据实际桥式起重机的参数和拉格朗日动力学方程， 建立同时存在匹配扰动和非匹配 扰动下的二维桥式起重 机非线性模型； 将所述非线性模型线性 化， 并通过离 散化将线性 化后的模型转 化为离散系统模型； 基于所述离散系统模型设计一种基于状态 空间的干扰观测器， 对所述匹配扰动和非匹 配扰动进行观测； 基于滑模变结构控制， 设计含有干扰估计项的离散滑模指数趋近律， 利用状态量误差 定义离散滑模面， 根据等效控制得 出离散滑模控制律； 利用模型预测控制输出最优控制序列以驱动系统输出到所述滑模面， 在随后的时间内 保持滑模面上的输出轨 迹； 结合所述干扰观测器、 所述离散滑模面趋近律以及所述最优控制序列， 构建离散时间 的滑模预测控制。 2.如权利要求1所述的桥式起重机的离散滑模预测控制方法， 其特征在于， 所述二维起 重机非线性模型的建立包括一个驱动力和两个状态量， 其中所述驱动力为作用在台车平移 力， 所述两个状态量为台车位移和负载 的摆角， 同时又包含了输入通道的匹配扰动和欠驱 动通道的非匹配 扰动。 3.如权利要求1或2所述的桥式起重机的离散滑模预测控制方法， 其特征在于， 所述二 维起重机非线性模型的建立包括再 结合拉格朗日动力学 方程， 构成的非线性模型如下： 其中： m为负载的质量， M为台车的质量， g为重力加速度， l为吊绳的长度， x代表小车位 置， θ为有效载荷摆角， F是作用在小车上的力， 是系统控制输入,d1,d2分别代表匹配扰动和 非匹配扰动。 4.如权利要求1所述的桥式起重机的离散滑模预测控制方法， 其特征在于， 将所述非线 性模型线性化包括： 根据所述 非线性模 型， 在系统平衡点进 行线性化， 得出连续状态空间方 程如下： 其中状态向量 5.如权利要求1所述的桥式起重机的离散滑模预测控制方法， 其特征在于， 所述离散化 包括： 选择采样周期为Ts， 将线性化后的模型转 化为离散系统模型： X(k+1)＝AX(k)+Bu(k)+Bdd(k) 其中A＝eΓTs， 6.如权利要求1所述的桥式起重机的离散滑模预测控制方法， 其特征在于， 所述干扰观 测器表示 为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114988278 A 2其中， v(k)是辅助变量， 是对干扰的估计， I是对角矩 阵， K∈R2×2是观测器增益矩阵。 7.如权利要求1所述的桥式起重机的离散滑模预测控制方法， 其特征在于， 所述离散滑 模指数趋 近率和离 散滑模面表示 为： s(k+1)＝Ce(k+1) e(k)＝X(k) ‑Xd(k) 其中： Ts为系统采样周期， q和 ε为可调参数， C∈R1×4为待设计的控制器参数矩阵， Xd∈R4 ×1为参考状态向量。 8.如权利要求1所述的桥式起重机的离散滑模预测控制方法， 其特征在于， 包括： 所述 离散滑模控制律表示 为： 9.如权利要求1所述的桥式起重机的离散滑模预测控制方法， 其特征在于， 所述定义离 散滑模面包括： 从滑动函数 预测的第一 步到预测的第N 步为： 其中N为正整数， 为预测时域和控制时域， 向量形式为： S(k)＝Λs(k)+ΦU(k ‑1)+ΓD(k ‑1)‑ΩG(k‑1) 其中Φ∈RN×N,Γ∈RN×2N和Ω∈RN×N分别是具有非零元素CTB,CTBd和eq的下三角矩阵， 并 且： Λ＝[(1‑qTs) (1‑qTs)L (1‑qTs)]T S(k)＝[s(k+1)  s(k+2)L s(k+N)]T U(k‑1)＝[umpc(k) umpc(k+1L umpc(k+N‑1)]T G(k‑1)＝[sgn(s(k) ) sgn(s(k+1) )…sgn(s(k+N ‑1))]T 10.如权利要求1所述的桥式起重机的离散滑模预测控制方法， 其特征在于， 所述离散 时间的滑模预测控制表示 为： 权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114988278 A 3