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EEPW首頁(yè) > 工控自動(dòng)化 > 設計應用 > 深海底機器人行走防滑控制

深海底機器人行走防滑控制

作者： 時(shí)間：2012-08-07 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò ) 收藏


比例電磁鐵控制線(xiàn)圈的端電壓增量方程：

δu(s)=lsδi(s)+(rc+rp)δi(s)+kesxv(s) (4)

銜鐵組件的動(dòng)態(tài)力平衡方程：

kiδi(s)=mts2xv(s)+btsxv(s)+(ks+ky)xv(s)+t(s) (5)

閥芯動(dòng)態(tài)力平衡方程：

t(s)=[mvs2+bvs+(kv+kfv)]xv(s) (6)

式中，l－線(xiàn)圈電感，h；rc，rp－線(xiàn)圈和放大器內阻，ω；ke－線(xiàn)圈感應反電動(dòng)勢系數，v；ki－比例電磁鐵電流力增益，n/a；mt－銜鐵組件質(zhì)量，kg；bt－阻尼系數，n·s/m；ks－銜鐵組件的彈簧剛度，n/m；mv－閥芯質(zhì)量，kg；bv－閥芯的粘性阻尼系數，n·s/m；kv－閥芯對中彈簧剛度，n/m；kfv－作用于閥芯上的穩態(tài)液動(dòng)力剛度系數，n/m；δi－線(xiàn)圈電流，a；ky－比例電磁鐵的位移力增益和調零彈簧的剛度之和，n/m；t－銜鐵外負載，n。

比例方向閥的模型框圖如圖3所示。

深海作業(yè)機器人防滑滑模變結構控制方法

(1)滑模切換函數

履帶的縱向滑轉率最好控制在略小于理想滑轉率λt的一個(gè)小區域內，以便充分發(fā)揮履帶的牽引能力，同時(shí)又能保證車(chē)輛具有一定的側向性能。在實(shí)現防滑的滑模變結構控制時(shí)，若以履帶縱向滑轉率λ作為控制目標，設控制目標理想滑轉率為λt，那么滑模變結構控制履帶過(guò)度滑轉實(shí)質(zhì)上就是調節履帶實(shí)際縱向滑轉率與目標縱向滑轉率λt之間的差值，并使之趨近于零。

控制的目標是尋找驅動(dòng)力矩tm的控制規律，使得滑轉率跟蹤誤差e趨向于零，設λt為海底行走最佳滑轉率，則就是最佳滑轉率對時(shí)間的導數。

假設最佳滑轉率已知，控制的目的為控制驅動(dòng)力矩的輸入，使跟蹤誤差λ(t)-λt(t)趨近于零，所有狀態(tài)變量有界。

滑?？刂破鲬们袚Q函數來(lái)改變tm的控制規律，定義切換函數為：

(7)

式中c1為待定系數，c1>0，e為驅動(dòng)輪滑轉率的誤差變量，e=λ-λt

(2)基于μ-λ曲線(xiàn)形狀的λt估計

通過(guò)分析可以提出λt的搜尋方法：

(8)

式中，φ是一符號為正的步進(jìn)常數，當時(shí)，λt的值增加φ，同理，當時(shí)的λt的值減少φ。這樣累計之后就能夠得到系統的最佳滑轉率。



圖4 不同行駛底質(zhì)附著(zhù)系數－滑轉率關(guān)系圖



圖5 滑轉狀態(tài)相軌跡圖

仿真結果

(1)滑轉率辨識仿真

圖4中顯示的是深海底附著(zhù)系數－滑轉率關(guān)系的擬合方法仿真結果。點(diǎn)虛線(xiàn)為根據附著(zhù)系數定義由縱向牽引力得到的附著(zhù)系數精確值c=2500；k=0.3；kr=0.45；a=3.25；g=50000；。劃線(xiàn)虛線(xiàn)為根據burckhardt公式得到的擬合值，c1=0.3016；c2= 23.129；c3=0.121可以看出在附著(zhù)系數的上升段擬合值和精確值幾乎完全重合，該段對于最佳滑轉率的識別是最有意義的一段，所以文中所用的擬合方法有很高的準確性。

(2)滑轉率跟蹤仿真

圖5為滑轉率跟蹤控制的相軌跡圖，如圖中所示，在控制過(guò)程中，其相軌跡迅速趨于切換線(xiàn)，并在到達切換線(xiàn)之后將沿切換線(xiàn)快速滑向設定的理想值(λt，0)，從而達到控制的要求。

結論

本文以深海作業(yè)機器人為研究對象，以車(chē)輛地面力學(xué)為基礎，分析了深海作業(yè)機器人在深海底行走的特點(diǎn)，并在此基礎上建立了作業(yè)機器人的動(dòng)力學(xué)模型。分析了履帶防滑控制的原理，確立了以滑轉率控制為核心的控制方案?；谇€(xiàn)形狀的最佳滑轉率辨識方法，根據附著(zhù)系數對滑轉率的導數正負來(lái)辨識滑轉率的情況，從而推導出由可測參數馬達轉矩和履帶角加速度來(lái)間接得到導數的正負值從而辨識出最佳滑轉率值。以matlab為平臺，對液壓驅動(dòng)系統進(jìn)行了建模和仿真，驗證所建模型的合理性。

作者簡(jiǎn)介

于欣(1986－) 女 碩士在讀，研究領(lǐng)域：人工智能，計算機控制，深海機器人等。

參考文獻

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本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/160151.htm
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