桥式起重机系统先进控制方法及实现

本书在分析总结国内外起重机系统定位防摆控制方法研究进展的基础上，针对桥式起重机系统的数学模型和控制器设计等方面进行了深入研究，提出了几种优选的高性能定位防摆控制方法，并进行了相应的理论分析和大量的仿真与实验验证。本书内容包括桥式起重机定位防摆系统的数学建模、桥式起重机系统的模型预测控制、桥式起重机系统的状态反馈控制、桥式起重机系统的鲁棒控制、基于模糊观测器的状态反馈控制、三维桥式起重机系统的自适应时变滑模控制等。本书可以作为高等院校控制科学与工程、机械工程、电气工程等相关学科和专业的研究生参考用书，对相关领域的科研工作者与工程技术人员也有重要的参考价值。

邵雪卷，女，博士研究生，副教授，研究领域包括优选控制理论及应用、欠驱动吊车系统、磁悬浮系统、运动控制系统等。主持山西省重点研发项目子课题1项、山西省自然科学基金项目2项和山西省高校科技开发项目1项，主持山西省研究生教育改革项目2项，山西省本科生教育改革项目1项，参编高校教材2部，获得山西省研究生教学成果奖一等奖1项，发表相关学术论文40余篇，其中SCI、EI收录20余篇。

第1章绪论1
1.1引言1
1.2起重机系统定位防摆控制的研究进展2
1.2.1开环控制3
1.2.2闭环控制6
1.3现有控制方法存在的不足13
1.4本书研究内容14
第2章桥式起重机定位防摆系统的数学建模17
2.1引言17
2.2起重机定位防摆系统的建模方法18
2.3桥式起重机系统的动力学模型19
2.3.1桥式起重机系统的三维动力学模型19
2.3.2单摆效应桥式起重机系统的二维动力学模型22
2.3.3双摆效应桥式起重机系统的二维动力学模型25
2.4桥式起重机系统的T-S模糊模型28
2.4.1T-S模糊建模概述28
2.4.2T-S模糊模型描述29
2.4.3单摆效应桥式起重机系统的T-S模糊模型31
2.4.4双摆效应桥式起重机系统的T-S模糊模型39
2.5仿真研究42
2.6本章小结45
第3章桥式起重机系统的模型预测控制46
3.1引言46
3.2模型预测控制47
3.2.1约束优化原理47
3.2.2二次规划问题的标准形式50
3.2.3桥式起重机模型预测控制中的QP问题52
3.3基于微分平坦输出的桥式起重机模型预测控制54
3.3.1微分平坦理论54
3.3.2模型变换55
3.3.3约束模型预测控制算法57
3.3.4仿真研究61
3.4基于二维微分平坦输出的桥式起重机模型预测控制63
3.4.1模型变换63
3.4.2模型预测控制器设计65
3.4.3仿真研究69
3.5本章小结71
第4章桥式起重机系统的状态反馈控制73
4.1引言73
4.2线性矩阵不等式和Lyapunov稳定理论74
4.2.1线性矩阵不等式的定义74
4.2.2线性矩阵不等式的性质75
4.2.3Lyapunov稳定性75
4.3状态反馈控制器76
4.3.1PDC结构状态反馈控制器设计77
4.3.2仿真研究79
4.3.3实验研究88
4.4桥式起重机系统的积分状态反馈控制96
4.4.1积分状态反馈控制器设计99
4.4.2仿真研究100
4.4.3实验研究103
4.5本章小结105
第5章桥式起重机系统的鲁棒控制106
5.1引言106
5.2基于PSO的鲁棒LQR控制器设计107
5.2.1LQR控制原理107
5.2.2鲁棒LQR控制器的设计108
5.2.3基于PSO的鲁棒LQR控制111
5.2.4仿真研究112
5.2.5实验研究119
5.3双摆效应桥式起重机系统的鲁棒控制126
5.3.1鲁棒控制器设计126
5.3.2仿真研究129
5.4本章小结138
第6章基于模糊观测器的状态反馈控制139
6.1引言139
6.2T-S模糊观测器140
6.2.1系统能观性分析140
6.2.2T-S模糊状态观测器设计140
6.3基于观测器的状态反馈控制器设计142
6.4系统稳定性分析143
6.5仿真研究145
6.6实验研究152
6.7本章小结156
第7章三维桥式起重机系统的自适应时变滑模控制157
7.1引言157
7.2扩张状态观测器157
7.2.1三维非线性扩张状态观测器设计158
7.2.2扩张状态观测器稳定性分析159
7.3自适应时变滑模控制器设计161
7.3.1模型解耦与扰动补偿161
7.3.2自适应时变滑模控制器162
7.3.3系统稳定性分析165
7.3.4仿真研究166
7.4本章小结172
参考文献173