本发明涉及机器人智能控制，尤其涉及考虑输入死区和输入饱和的欠驱动起重机自适应控制方法。
背景技术：
1、桥式起重机是欠驱动系统的典型代表，这是指系统独立控制输入的数量要少于自由度数目，桥式起重机在各行各业的作业自动化进程中担任着不可替代的角色，这意味着桥式起重机自动化驾驶技术的实现将对整个现代工业生产起到巨大的推动作用。然而，由于自身的欠驱动属性，桥式起重机不能像全驱系统那样容易地实现精准定位的同时，确保作业过程中的施工安全；此外，实际上桥式起重机没有直接作用于如吊钩或负载等欠驱动装置的控制力，仅可依靠可驱的装置的运动间接地实现对欠驱动装置地运动优化。换句话说，对于实现桥式起重机的精准稳定控制是极为困难的，而当其参数被改变或受到如风载、撞击等外在干扰时，系统的不良摆动会进一步加剧，这可能会造成不可挽回的后果。
2、相关技术中对于桥式起重机往往被视作无负载升降运动的单摆系统进行研究，并贡献了各种各样的控制器，如预测控制器,增强耦合控制器，输入整形控制器等。然而一方面来说，当吊钩质量、负载质量或者吊钩与负载之间的吊绳长度均不可被忽视时，桥式起重机系统就会出现双重摆动效应，这进一步加剧了系统的不良摆动，甚至可能会给施工作业带来不可逆转的危险。此外，输入死区、输入饱和、摩擦模型不准确以及外在干扰等工况总是需要桥式起重机去面对和处理的。因此，相关技术并不能很好的实现对桥式起重机稳定运行控制。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供考虑输入死区和输入饱和的欠驱动起重机自适应控制方法，能够同时考虑了起重机负载的升降运动以及起重机的双摆效应，降低双摆型桥式起重机的系统摆角误差，进而实现对双摆型桥式起重机的稳定控制。
2、本发明所采用的第一技术方案是：考虑输入死区和输入饱和的欠驱动起重机自适应控制方法，包括以下步骤：
3、基于伴有负载升降运动的双摆型桥式起重机，考虑双摆型桥式起重机的工况信息，构建欠驱动控制系统模型；
4、基于欠驱动控制系统模型，并引入双摆型桥式起重机的跟踪信号向量与误差信号向量，构建双摆型桥式起重机的初步控制器；
5、构建自适应函数对双摆型桥式起重机的工况信息进行估计，得到双摆型桥式起重机的工况估计参数；
6、将双摆型桥式起重机的工况估计参数嵌入至双摆型桥式起重机的初步控制器，构建自适应跟踪控制器，并基于自适应跟踪控制器对欠驱动起重机进行控制。
7、进一步，所述基于伴有负载升降运动的双摆型桥式起重机，考虑双摆型桥式起重机的工况信息，构建欠驱动控制系统模型这一步骤，其具体包括：
8、基于伴有负载升降运动的双摆型桥式起重机，考虑双摆型桥式起重机的工况信息，构建双摆型桥式起重机的动力学方程，所述双摆型桥式起重机包括台车、吊钩和负载，所述双摆型桥式起重机的工况信息包括变绳长、输入饱和、输入死区和外部扰动；
9、对双摆型桥式起重机的动力学方程进行转换处理，构建欠驱动控制系统模型。
10、进一步，所述双摆型桥式起重机的动力学方程的表达式具体如下所示：
11、
12、上式中，m、m1和m2分别表示台车、吊钩和负载的质量，x表示台车的位移，l1和l2分别表示吊钩到台车的距离、负载到吊钩的距离，θ1和θ2分别表示吊钩、负载的摆角，fx、fl和frx分别表示台机电机的实际输入、吊钩电机的实际输入、台车的摩擦力，dl表示摩擦系数，和表示空气阻力系数，g表示重力加速度，s1表示θ1的正弦值，s2表示θ2的正弦值，c1表示θ1的余弦值，c2表示θ2的余弦值，s1-2表示θ1与θ2的差值的正弦值，c1-2表示θ1与θ2的差值的余弦值。
13、进一步，所述欠驱动控制系统模型的表达式具体如下所示：
14、
15、上式中，m(q)表示惯量矩阵，表示向心-柯式力矩阵，q表示状态向量，g(q)表示重力势能向量，u表示驱动向量，fd表示扰动向量。
16、进一步，所述基于欠驱动控制系统模型，并引入双摆型桥式起重机的跟踪信号向量与误差信号向量，构建双摆型桥式起重机的初步控制器这一步骤，其具体包括：
17、基于欠驱动控制系统模型，确定双摆型桥式起重机的状态向量；
18、根据双摆型桥式起重机的理想运动轨迹与双摆型桥式起重机的吊绳理想参考轨迹，构建双摆型桥式起重机的跟踪信号向量；
19、根据双摆型桥式起重机的状态向量与双摆型桥式起重机的跟踪信号向量，确定双摆型桥式起重机的误差信号向量与双摆型桥式起重机的正定标量函数；
20、基于欠驱动控制系统模型，结合双摆型桥式起重机的跟踪信号向量与双摆型桥式起重机的误差信号向量对双摆型桥式起重机的正定标量函数进行推导处理，构建正定标量函数的一阶导数；
21、基于正定标量函数的一阶导数，考虑双摆型桥式起重机实际驱动力与理想驱动力的关系，构建双摆型桥式起重机的初步控制器。
22、进一步，所述双摆型桥式起重机的状态向量的表达式、所述双摆型桥式起重机的跟踪信号向量的表达式和所述双摆型桥式起重机的误差信号向量分别为：
23、q＝[x l1 θ1 θ2]t
24、qi＝[χr lr 0 0]t
25、e＝[ex el θ1 θ2]t＝[x-χr l-lr θ1 θ2]t
26、上式中，q表示双摆型桥式起重机的状态向量，qi表示双摆型桥式起重机的跟踪信号向量，e表示双摆型桥式起重机的误差信号向量，x表示台车的位移，l1表示吊钩到台车的距离，θ1表示吊钩的摆角，θ2表示负载的摆角，χr表示台车的跟踪信号，lr表示吊绳的理想参考轨迹，ex表示台车的位移偏差，el表示吊钩到台车的距离偏差。
27、进一步，所述双摆型桥式起重机的正定标量函数的表达式为：
28、
29、上式中，v表示双摆型桥式起重机的正定标量函数，e表示双摆型桥式起重机的误差信号向量，m(q)表示惯量矩阵，m1表示双摆型桥式起重机的吊钩的质量，m2表示双摆型桥式起重机的负载的质量，g表示重力加速度，l1和l2分别表示吊钩到台车的距离、负载到吊钩的距离，c1表示吊钩摆角的余弦值，c2表示负载摆角的余弦值。
30、进一步，所述自适应跟踪控制器的表达式为：
31、
32、上式中，kpx、kdx、kpl和kdl表示正的待定的控制增益，tanh(·)表示双曲正切函数，ux表示控制台车位移的输入，ul表示控制吊钩到台车距离的输入，表示估计的位移权重，表示估计的距离权重，ξx表示台车位移残差，ξl表示吊钩到台车距离残差。
33、本发明方法的有益效果是：本发明通过基于伴有负载升降运动的双摆型桥式起重机，考虑双摆型桥式起重机的工况信息，构建欠驱动控制系统模型，通过考虑实际工况信息对起重机的实际工作进行补偿，引入双摆型桥式起重机的跟踪信号向量与误差信号向量，构建双摆型桥式起重机的初步控制器，并对双摆型桥式起重机的工况信息进行估计，构建自适应跟踪控制器，同时考虑了起重机负载的升降运动以及起重机的双摆效应，降低双摆型桥式起重机的系统摆角误差，进而实现对双摆型桥式起重机的稳定控制。
1.考虑输入死区和输入饱和的欠驱动起重机自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述考虑输入死区和输入饱和的欠驱动起重机自适应控制方法，其特征在于，所述基于伴有负载升降运动的双摆型桥式起重机，考虑双摆型桥式起重机的工况信息，构建欠驱动控制系统模型这一步骤，其具体包括：
3.根据权利要求2所述考虑输入死区和输入饱和的欠驱动起重机自适应控制方法，其特征在于，所述双摆型桥式起重机的动力学方程的表达式具体如下所示：
4.根据权利要求3所述考虑输入死区和输入饱和的欠驱动起重机自适应控制方法，其特征在于，所述欠驱动控制系统模型的表达式具体如下所示：
5.根据权利要求4所述考虑输入死区和输入饱和的欠驱动起重机自适应控制方法，其特征在于，所述基于欠驱动控制系统模型，并引入双摆型桥式起重机的跟踪信号向量与误差信号向量，构建双摆型桥式起重机的初步控制器这一步骤，其具体包括：
6.根据权利要求5所述考虑输入死区和输入饱和的欠驱动起重机自适应控制方法，其特征在于，所述双摆型桥式起重机的状态向量的表达式、所述双摆型桥式起重机的跟踪信号向量的表达式和所述双摆型桥式起重机的误差信号向量分别为：
7.根据权利要求6所述考虑输入死区和输入饱和的欠驱动起重机自适应控制方法，其特征在于，所述双摆型桥式起重机的正定标量函数的表达式为：
8.根据权利要求7所述考虑输入死区和输入饱和的欠驱动起重机自适应控制方法，其特征在于，所述自适应跟踪控制器的表达式为：
