基于T-S模型的旋轉式起重機穩鉤保性能控制

摘要：基于T-S模型的保性能控制對控制帶有不確定性系統(如旋轉式起重機穩鉤系統)有很好的魯棒性，把系統可穩和保性能控制轉化為解一系列矩陣不等式(LMI)的問(wèn)題，得出最優(yōu)的反饋矩陣，設計出基于T-S模型的最優(yōu)保性能控制器，并對這種方法進(jìn)行了仿真。結果表明，這種方法簡(jiǎn)單可行，并且具有很好的魯棒性。
關(guān)鍵詞：旋轉式起重機穩鉤；T-S模型；保性能控制；魯棒性

0 引言
近年來(lái)，隨著(zhù)貨物運輸方式的飛速發(fā)展，旋轉式起重機穩鉤技術(shù)越來(lái)越得到人們的重視，它直接決定了的裝卸速度。Y．Kijima等人利用模糊控制與遺傳算法相結合來(lái)優(yōu)化模糊控制規則的系數；劉殿同等用遺傳算法優(yōu)化模糊控制器參數的方法和滑模變結構方法來(lái)對旋轉式起重機穩鉤進(jìn)行控制；Amel Ouezri等人采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )來(lái)優(yōu)化模型控制器隸屬度和規則的方法，上述三種方法計算復雜，且都把旋轉式起重機作為確定系統來(lái)研究，魯棒性不強，Dal-Young Ha使用TSK模糊控制器簡(jiǎn)化了系統的輸入輸出表達，KunihitoMatsuki利用H∞控制理論來(lái)對誤差與參數變化進(jìn)行控制，這兩種方法有一定的魯棒性。但這些方法都把旋轉式起重機作為一個(gè)確定的系統來(lái)研究，并且有各自的缺點(diǎn)。
旋轉式起重機很復雜，由于貨物的不確定性和繩長(cháng)的撓性等特點(diǎn)，以及在控制系統的運行過(guò)程中還會(huì )出現風(fēng)載荷的變化、元件老化等問(wèn)題，所以旋轉式起重機的模型是一個(gè)不確定非線(xiàn)性二階系統，因此需要由基于T-S模型的保性能控制這樣魯棒性很強的方法來(lái)進(jìn)行控制。
這種方法不但能使系統穩定，還可以使系統保住一些性能，使得在外界變化和內部結構發(fā)生變化時(shí)系統的參數變化不至于過(guò)快。

1 問(wèn)題的描述
所要研究的對象為起升的起吊系統，在系統局部信息或專(zhuān)家經(jīng)驗存在的條件下，像旋轉式起重機這樣的不確定非線(xiàn)性連續系統可以采用具有不確定參數的T-S模糊模型：
為貨物偏擺角的變化；為貨物偏擺角的加速度；為變幅時(shí)的加速度。取狀態(tài)向量為：

則有如下的狀態(tài)方程：

這是一個(gè)非線(xiàn)性狀態(tài)方程，非線(xiàn)性系統的分析和控制仍然是很困難的，尚缺乏統一有效的方法。為此，基于多模型處理的思想，采用基于T-S模型的模糊控制方法來(lái)設計控制器，由于T-S模型的后件是線(xiàn)性的，線(xiàn)性系統中很多成熟的理論可以加以利用，而且與其他模糊推理相比，其計算效率(線(xiàn)性函數和常值函數易于計算)、推理速度快。為了運用線(xiàn)性系統理論和模糊控制中的T-S模型進(jìn)行控制器的分析和設計，可以考慮將其先進(jìn)行局部線(xiàn)性化，使之成為若干子系統，再將這若干子系統進(jìn)行模糊綜合。該模糊建模方法的本質(zhì)在于將一個(gè)整體非線(xiàn)性的動(dòng)力學(xué)模型用多個(gè)局部線(xiàn)性模型進(jìn)行模糊逼近。