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专利号: 2020114416624
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种水下机器人多电机协同推进控制方法,包括以下内容,将期望电机转速作为多电机推进系统的输入,控制水下机器人的精准运动;ROV的运动是靠电机实现的,在水平方向使用四台电机实现水下机器人的多姿态运动,四台电机的速度补偿器采用偏差耦合的连接方式,将每台电机的速度反馈先经MUX模块耦合起来,再经过比例环节和速度补偿器进行调节;偏差耦合即是取得各电机之间的偏差,再通过耦合得出总的补偿信号值;各台电机速度补偿器根据各电机的转动惯量和电机的速度差计算出需要提供给各电机的补偿信号,求取第一台电机的补偿值β1公式为:β1=l12(ω1‑ω2/k2)+l13(ω1‑ω3/k3)+l14(ω1‑ω4/k4) (5)其中,l12,l13,l14为增益系数,取两电机转动惯量之比;

在垂直方向使用两台电机实现水下机器人的升降运动,两台电机的速度补偿器采用交叉耦合的连接方式,每台电机及其控制器、逆变器、检测器组成单闭环系统,两台电机之间的同步误差分别乘以不同的增益l56与l65对电机进行补偿,补偿值、给定转速、实际转速为控制器的输入;

其特征在于,针对每台电机系统,提出了快速非奇异等效终端滑模控制方法,具体步骤如下:

1)考虑各种干扰在内的永磁同步电机的动力学模型为:

式中,[x1,x2]表示电机角速度及角加速度;角加速度对应电机的力矩量从而实现电机的力矩控制;ra表示电机电枢电路总电阻;电机阻尼系数为Bv;Ke是反电势系数;Kt是转矩常数;La是绕组等效电感;J为转子转动惯量;u为电机输入电压;d(t)是电机系统的不确定项,此不确定部分包括模型不确定性以及参数扰动及外界未知有界干扰;令式(6)中:则电机模型为:

2)针对带建模不确定和干扰的电机动力学模型,建立如下非奇异等效终端滑模面;令:*

式中:ωi为给定转速;ωi是实际转速;βi是速度补偿误差;c1和c2是大于0的常数,1<λ<2,2q>p>q且p,q都是正奇数;

3)考虑控制信号的光滑性问题,将系统总的控制律设计为:

u=ueq+usw (11)

其中,ueq是等效控制项,usw是切换控制项,切换控制项可以使系统状态达到滑模面,等效控制项可以使系统状态不离开滑模面从而抑制抖振;求导令 可得:为满足控制系统的稳定条件 并且改善控制量的平滑性和系统的鲁棒性,在此加上指数趋近律: 通过调节趋近律参数ε1>0,ε2>0可以等到切换控制项:‑1

usw=g (‑ε1s‑ε2s/(|s|+δs)) (13)

4)到达时间分析

系统到达平衡点的调节时间决定了系统的动态品质,系统在快速非奇异等效终端滑模控制律作用下到达e1=0的时间为:相比于传统滑模与线性滑模,快速非奇异终端滑模控制律能够使系统的收敛速度更快。