高频时变负载下大规模离散系统的双层滑模控制研究

作     者：贾存德 孔祥东 李韶光 李俊飞 张钧勇 冯俊学 艾超 姜文光 

作者机构：燕山大学起重机械关键技术全国重点实验室 燕山大学机械工程学院 燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室 北京三一智造科技有限公司 北京机械工业自动化研究所有限公司 

出 版 物：《中国机械工程》 (China Mechanical Engineering)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金(52175065) 国家自然科学基金资助项目(U22A20178) 

主　　题：旋挖钻机 防卡控制 自适应鲁棒滑模控制 基于输入输出反馈线性化的滑模控制 

摘      要：旋挖钻机钻进时，负载高频震荡，且偶发超出系统设定功率，叠加人工操作响应滞后，导致卡钻现象频发，严重影响施工效率与稳定性。为降低卡钻出现频次，针对负载高频突变下钻进过程的大规模离散系统，为避免高阶系统控制鲁棒性不足的问题，采用双层滑模控制策略，得到了一种双层滑模耦合控制（Double layer sliding mode control，DLSMC）策略。对于加压力的控制，将本文的滑模控制与传统PID控制、自适应控制对比，本文控制方案响应速度更快，误差更小。在整机试验中，选取地质条件类似的相邻两桩孔，对比主机在有无控制器时的钻进情况，结果表明无控制器介入的主机在钻进期间出现约15次动力头转速降为0 r/min，扭矩出现10次幅度约为10 kNm的波动，出现3次卡钻现象，而有控制器介入的主机动力头转速、扭矩相对平稳，无卡钻现象出现，验证了防卡钻控制策略的有效性，为整机智能化奠定了基础。