基于多轴协调S曲线轨迹的旋转起重机时间最优控制与摆振抑制研究

《MECHANICAL SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING》：Time-Optimal trajectory planning and swing suppression for rotary cranes

本文提出一种旋转起重机多轴协调轨迹规划与控制框架，通过设计七段式S曲线（旋转）与三段式S曲线（变幅）组合轨迹，引入速度耦合因子协调多轴运动，并采用序列二次规划（SQP）算法求解时间-能量双目标优化问题。结合滑模控制（SMC）实现高精度跟踪与抗扰动，实验验证该方法在运动效率与摆振抑制方面显著优于传统轨迹方案，为起重机智能安全作业提供新思路。

　　

主要成果

本节设计了一种时间最优摆振抑制方法，控制方法设计流程如图2所示。

实验结果与讨论

本节通过定制旋转起重机实验平台验证所提出的协调S曲线速度轨迹与滑模控制器的有效性。首先详细描述实验平台，随后将协调S曲线速度轨迹与传统S曲线轨迹、摆线轨迹进行对比，验证协调S曲线设计的性能优势。此外，还开展了参数变化条件下的鲁棒性测试。

作者贡献声明

张宇豪： 初稿撰写、软件、方法论。

张盖： 初稿撰写、软件。

欧阳惠敏： 审阅与编辑、监督指导。

彭浩： 审阅与编辑、监督指导。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本研究成果的已知竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到国家自然科学基金项目（项目编号：61703202）的资助。