基于T-S模型的旋轉(zhuǎn)式起重機(jī)穩(wěn)鉤保性能控制

摘要：基于T-S模型的保性能控制對(duì)控制帶有不確定性系統(tǒng)(如旋轉(zhuǎn)式起重機(jī)穩(wěn)鉤系統(tǒng))有很好的魯棒性，把系統(tǒng)可穩(wěn)和保性能控制轉(zhuǎn)化為解一系列矩陣不等式(LMI)的問題，得出最優(yōu)的反饋矩陣，設(shè)計(jì)出基于T-S模型的最優(yōu)保性能控制器，并對(duì)這種方法進(jìn)行了仿真。結(jié)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(zhuǎn)式起重機(jī)穩(wěn)鉤；T-S模型；保性能控制；魯棒性

0 引言
近年來，隨著貨物運(yùn)輸方式的飛速發(fā)展，旋轉(zhuǎn)式起重機(jī)穩(wěn)鉤技術(shù)越來越得到人們的重視，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(jié)合來優(yōu)化模糊控制規(guī)則的系數(shù)；劉殿同等用遺傳算法優(yōu)化模糊控制器參數(shù)的方法和滑模變結(jié)構(gòu)方法來對(duì)旋轉(zhuǎn)式起重機(jī)穩(wěn)鉤進(jìn)行控制；Amel Ouezri等人采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來優(yōu)化模型控制器隸屬度和規(guī)則的方法，上述三種方法計(jì)算復(fù)雜，且都把旋轉(zhuǎn)式起重機(jī)作為確定系統(tǒng)來研究，魯棒性不強(qiáng)，Dal-Young Ha使用TSK模糊控制器簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的輸入輸出表達(dá)，KunihitoMatsuki利用H∞控制理論來對(duì)誤差與參數(shù)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(zhuǎn)式起重機(jī)作為一個(gè)確定的系統(tǒng)來研究，并且有各自的缺點(diǎn)。
旋轉(zhuǎn)式起重機(jī)很復(fù)雜，由于貨物的不確定性和繩長(zhǎng)的撓性等特點(diǎn)，以及在控制系統(tǒng)的運(yùn)行過程中還會(huì)出現(xiàn)風(fēng)載荷的變化、元件老化等問題，所以旋轉(zhuǎn)式起重機(jī)的模型是一個(gè)不確定非線性二階系統(tǒng)，因此需要由基于T-S模型的保性能控制這樣魯棒性很強(qiáng)的方法來進(jìn)行控制。
這種方法不但能使系統(tǒng)穩(wěn)定，還可以使系統(tǒng)保住一些性能，使得在外界變化和內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)的參數(shù)變化不至于過快。

1 問題的描述
所要研究的對(duì)象為起升的起吊系統(tǒng)，在系統(tǒng)局部信息或?qū)＜医?jīng)驗(yàn)存在的條件下，像旋轉(zhuǎn)式起重機(jī)這樣的不確定非線性連續(xù)系統(tǒng)可以采用具有不確定參數(shù)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)非線性狀態(tài)方程，非線性系統(tǒng)的分析和控制仍然是很困難的，尚缺乏統(tǒng)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設(shè)計(jì)控制器，由于T-S模型的后件是線性的，線性系統(tǒng)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(jì)算效率(線性函數(shù)和常值函數(shù)易于計(jì)算)、推理速度快。為了運(yùn)用線性系統(tǒng)理論和模糊控制中的T-S模型進(jìn)行控制器的分析和設(shè)計(jì)，可以考慮將其先進(jìn)行局部線性化，使之成為若干子系統(tǒng)，再將這若干子系統(tǒng)進(jìn)行模糊綜合。該模糊建模方法的本質(zhì)在于將一個(gè)整體非線性的動(dòng)力學(xué)模型用多個(gè)局部線性模型進(jìn)行模糊逼近。