(19)中华 人民共和国 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 202111486519.1 (22)申请日 2021.12.07 (71)申请人 武汉科技大 学 地址 430081 湖北省武汉市青山区和平大 道947号 (72)发明人 柴琳　康新宇　刘惠康　郭启航　 刘馨　 (74)专利代理 机构 北京金智普华知识产权代理 有限公司 1 1401 代理人 张晓博 (51)Int.Cl. B66C 13/06(2006.01) B66C 13/22(2006.01) B66C 13/48(2006.01) G06F 30/20(2020.01)G06F 30/17(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于自抗扰控制器的双摆塔式吊车的防摆 控制方法及系统 (57)摘要 本发明属于塔式吊车防摆技术领域， 公开了 一种基于自抗扰控制器的双摆塔式吊车的防摆 控制方法及系统， 构建塔式吊车二级摆效应的动 力学模型， 基于所述动力学模型利用新型非线性 函数改进自抗扰控制器； 构建改进型扩张观测 器， 根据改进的自抗扰控制器与改进型的扩张观 测器进行双摆塔式吊车的防摆控制。 本发明能够 抑制塔式吊车的二级摆动， 在具有二级摆效应的 塔式吊车的防摆与快速定位控制上具有可行性、 有效性， 并使塔吊系统具有较强的鲁棒性能。 本 发明的控制器的对模型参数不敏感， 具有一定的 抗干扰能力， 在合理的参数设定下适用于各类塔 式吊车防摆吊运场景， 可以有效提高生产效率与 安全性能。 权利要求书3页 说明书13页 附图6页 CN 114195009 A 2022.03.18 CN 114195009 A 1.一种基于自抗扰控制器的双摆塔式吊车的防摆控制方法， 其特征在于， 所述基于自 抗扰控制器的双摆塔式吊车的防摆 控制方法包括： 步骤一， 构建塔式吊车二级摆效应的动力学模型， 基于所述动力学模型利用新型非线 性函数改进自抗扰控制器； 步骤二， 构建改进型扩张观测器， 根据 改进的自抗扰控制器与改进型的扩张观测器进 行双摆塔式吊车的防摆 控制。 2.如权利要求1所述基于自抗扰控制器的双摆塔式吊车的防摆控制方法， 其特征在于， 所述步骤一构建塔式吊车二级摆效应的动力学模型包括： 根据拉格朗日方程建立 二级摆塔式吊车系统的动力学模型如下： 其中， J0表示塔吊旋臂转动惯量； M表示台车质量； m1表示吊钩质量； m2表示负载质量； x 表示台车沿塔臂方向上的位移； α 表示旋臂回转角度； l1表示台车与吊钩间的绳长； l2表示吊 钩与负载间的绳长； Fx表示台车变 幅驱动力； θ1表示吊钩在旋臂与塔身平面内摆角； θ2表示 吊钩在旋臂与塔身平面外摆角； θ3表示负载在旋臂与塔身平面内摆角； θ4表示负载在旋臂与 塔身平面内摆角； g表示重力加速度。 3.如权利要求1所述基于自抗扰控制器的双摆塔式吊车的防摆控制方法， 其特征在于， 所述步骤一基于所述动力学模型利用新型非线性 函数改进自抗扰控制器包括： 利用新型非线性kas(e,γ, δ )函数改进自抗扰控制器， 得到基于比例微分控制形式的 线性积分串联 型控制器。 4.如权利要求3所述基于自抗扰控制器的双摆塔式吊车的防摆控制方法， 其特征在于， 所述kas(e,γ, δ )函数如下： 其中， e表示 误差信号， γ表示非线性因子， δ表示线性段的区间跨度。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114195009 A 25.如权利要求1所述基于自抗扰控制器的双摆塔式吊车的防摆控制方法， 其特征在于， 所述步骤一利用新型非线性 函数改进自抗扰控制器还 包括： (1)构建微分跟踪器： 其中， v(k)为输入信号微分后离散量， x(k)为函数x(t)在kh时刻的值， fsg(j,d)＝ (sign(j+d) ‑sign(j‑d))/2； fhan(x1,x2,r1,h0)表示最速综合函数， 用于快速跟踪目标值输 入， 其公式可表示 为： 其中， h表示采样间隔时间； r用于决定控制器的响应速度； h0＝n*h， n取1～ 20整数； (2)构建基于新型光滑函数即非线性 kas(e,γ, δ )函数的非线性状态误差反馈控制律： 其中， 0＜a1＜1＜a2； k1、 k3、 k5表示比例调节因子； k2、 k4、 k6表示微分调节因子； kas(e, γ, δ )函数表示改进后的幂次函数； u1表示3组级联的非线性PD控制率的叠加输出； z1、 z2为 扩张观测器的输出值； v表示 微分跟踪器输出值。 6.如权利要求1所述基于自抗扰控制器的双摆塔式吊车的防摆控制方法， 其特征在于， 所述步骤二改进型扩张观测器如下：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114195009 A 3