專利名稱：潛器全方位推進(jìn)器多油缸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種海洋水下潛器推進(jìn)器控制方法，具體是一種潛器全方位推進(jìn) 器操縱控制方法。
背景技術(shù)：
在海洋開發(fā)和海洋工程中，由于潛器要執(zhí)行各種復(fù)雜的使命，因而它應(yīng)具備良好 的操縱性能，同時(shí)隨著海洋開發(fā)的深入發(fā)展，潛器的潛水深度不斷增加，潛器的組成機(jī)構(gòu)趨 于大型化，總重量增加，總體規(guī)模變大，在使用方面受到的制約也變多。潛器全方位推進(jìn)器，又名變矢量螺旋槳，是一種在槳葉旋轉(zhuǎn)一周的過程中，葉片螺 距角作周期性變化的特種推進(jìn)器，這樣不僅可以在與槳軸平行的軸向產(chǎn)生推力，也能在與 槳軸垂直的橫向和垂向產(chǎn)生推力。全方位推進(jìn)器主要是通過對旋轉(zhuǎn)斜盤的控制改變螺距使 螺旋槳產(chǎn)生各個(gè)方位的推力，推動(dòng)水下潛器產(chǎn)生六個(gè)方位的運(yùn)動(dòng)從而達(dá)到全方位推進(jìn)的目 的。旋轉(zhuǎn)斜盤三自由度運(yùn)動(dòng)采用電液伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式，液壓缸既是支撐機(jī)構(gòu)，又是 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)斜盤內(nèi)環(huán)固定，外環(huán)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和位姿是通過控制三個(gè)液壓缸的伸縮運(yùn)動(dòng) 和位移來實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)驅(qū)動(dòng)支路都是單輸入的電液伺服系統(tǒng)。外環(huán)與三個(gè)液壓缸通過剛性 萬向頭連接，三個(gè)液壓缸的伸縮運(yùn)動(dòng)量受外環(huán)平面約束，需要協(xié)調(diào)控制液壓缸的相對運(yùn)動(dòng) 達(dá)到旋轉(zhuǎn)斜盤姿態(tài)變化要求。全方位推進(jìn)器多油缸協(xié)調(diào)控制對于設(shè)備運(yùn)行的安全性、可靠 性極其重要。經(jīng)對現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，主要集中在多液壓缸同步運(yùn)動(dòng)控制。沒有發(fā)現(xiàn)與 本發(fā)明主題相同或類似的文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高多液壓缸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的精度和靈敏度的潛器 全方位推進(jìn)器多油缸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的待液壓系統(tǒng)初始化完成后，控制器將光柵尺數(shù)據(jù)清零系統(tǒng)開始正常工作；潛器全 方位推進(jìn)器控制器根據(jù)潛器運(yùn)動(dòng)要求，解算出斜盤位移和傾斜角度，同時(shí)轉(zhuǎn)換為每個(gè)液壓 缸需要的位移長度，并以移動(dòng)量最小的液壓缸為基準(zhǔn)將其作為主液壓缸，其他為從缸；光柵 尺檢測的偏差信號(hào)經(jīng)偏差反饋補(bǔ)償因子，作為油缸協(xié)調(diào)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸入信號(hào)，液壓油缸協(xié) 調(diào)運(yùn)動(dòng)偏差補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)采用PID控制器實(shí)現(xiàn)，通過控制器實(shí)時(shí)調(diào)整補(bǔ)償、比例因子來；得到對 另一個(gè)油缸的補(bǔ)償指令信號(hào)，并將指令信號(hào)輸入該套液壓伺服系統(tǒng)，形成閉環(huán)反饋控制。本發(fā)明的原理為啟動(dòng)液壓泵，給電液伺服閥正電壓，液壓缸歸位，將反映三個(gè)液 壓缸位移位的光柵尺數(shù)據(jù)清零，關(guān)閉電液伺服閥，完成液壓部分的初始化工作；潛器全方 位推進(jìn)器姿態(tài)控制系統(tǒng)根據(jù)推進(jìn)器的運(yùn)動(dòng)要求，確定葉片螺距角，控制器解算出斜盤的位 移和傾斜角度及每個(gè)液壓缸需要的位移長度，并標(biāo)定出需要伸縮移動(dòng)量最小的液壓缸為基
3準(zhǔn)，將其作為主液壓缸，其它兩液壓缸為從缸；由于三個(gè)液壓缸存在位移差，在滿足平面約 束的情況下，引入偏差反饋補(bǔ)償因子，通過光柵尺反饋信息檢測兩個(gè)液壓缸位移的實(shí)際偏 差，偏差信號(hào)經(jīng)偏差反饋補(bǔ)償因子，作為油缸協(xié)調(diào)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸入信號(hào)；經(jīng)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)處理 后，得到對另一個(gè)油缸的補(bǔ)償指令信號(hào)，并將指令信號(hào)輸入該套液壓伺服系統(tǒng)，形成閉環(huán)反 饋控制，達(dá)到消除兩液壓油缸的運(yùn)動(dòng)偏差，保證三液壓缸能夠協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。液壓油缸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)偏差補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)采用一種簡單PID控制器實(shí)現(xiàn)，其物理意義明 確。當(dāng)三液壓缸出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偏差時(shí)，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)能夠及時(shí)修正位移偏差，提高三液壓缸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng) 的精度和靈敏度，對于超過三缸的液壓伺服協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，該方法同樣有效。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)采用多油缸協(xié)調(diào)控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械約束，滿足了某些特殊條件下對多液壓 缸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的需求，為多液壓缸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)提供了一種普遍適用的新途徑；(2)采用液壓油缸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)偏差網(wǎng)絡(luò)，使多油缸在運(yùn)動(dòng)過程中滿足約束要求，從而 改善螺旋漿系統(tǒng)的水動(dòng)力性能和潛器全方位推進(jìn)器的操縱性能；(3)通過偏差反饋補(bǔ)償因子和PID控制器設(shè)計(jì)，偏差反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)可通過控制器 來實(shí)時(shí)調(diào)整其量化、比例因子來提高控制精度，有效提高伺服精度，降低運(yùn)動(dòng)偏差，具有較 強(qiáng)的魯棒性。


圖1是潛器全方位推進(jìn)器多油缸協(xié)調(diào)控制流程圖；圖2是潛器全方位推進(jìn)器多油缸協(xié)調(diào)控制原理結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1，本發(fā)明的工作流程為系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，首先從將液壓系統(tǒng)初始化，待液壓 系統(tǒng)初始化完成后，控制器將光柵尺數(shù)據(jù)清零系統(tǒng)開始正常工作；潛器全方位推進(jìn)器控制 器根據(jù)潛器運(yùn)動(dòng)要求，解算出斜盤位移和傾斜角度，同時(shí)轉(zhuǎn)換為每個(gè)液壓缸需要的位移長 度，并移動(dòng)量最小的液壓缸為基準(zhǔn)，將其作為主液壓缸，其他為從缸；由于斜盤上剛性連接 的液壓缸受滿足平面約束，因此引入偏差反饋補(bǔ)償因子，消除運(yùn)動(dòng)過程中的偏差反饋時(shí)數(shù) 據(jù)不一致問題；偏差信號(hào)經(jīng)偏差反饋補(bǔ)償因子，作為油缸協(xié)調(diào)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸入信號(hào)，液壓油 缸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)偏差補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)采用PID控制器實(shí)現(xiàn)，可通過控制器來實(shí)時(shí)調(diào)整其補(bǔ)償、比例因 子來提高控制精度；得到對另一個(gè)油缸的補(bǔ)償指令信號(hào)，并將指令信號(hào)輸入該套液壓伺服 系統(tǒng)，形成閉環(huán)反饋控制，達(dá)到消除兩液壓油缸的運(yùn)動(dòng)偏差；同理，其它也與主缸為基準(zhǔn)，運(yùn) 動(dòng)過程的控制方法相同。結(jié)合圖2，本發(fā)明采用光柵尺檢測裝置進(jìn)行液壓缸位移實(shí)時(shí)反饋，基于PID液壓油 缸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)偏差補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)控制方案，采用主/從協(xié)調(diào)控制策略，實(shí)現(xiàn)多油缸的協(xié)調(diào)運(yùn) 動(dòng)。指令位移信號(hào)k、L1, L2分別送入HO、Hl和H2液壓伺服系統(tǒng)，通過HO、Hl和H2液壓缸 的位移光柵尺檢測裝置檢測得到油缸H0、H1和H2的位移量，以HO油缸為主缸，H1、H2油缸 為從缸；引入偏差反饋補(bǔ)償因子，其中，Hl偏差反饋補(bǔ)償因子為L1Zltl, H2偏差反饋補(bǔ)償因 子為L2Zltl,使運(yùn)動(dòng)過程中的偏差反饋時(shí)數(shù)據(jù)一致；將Hl與HO油缸、H2與HO油缸位移的偏差經(jīng)偏差反饋補(bǔ)償因子作為輸入信號(hào)送入PID協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，然后將補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸出 信號(hào)分別送入H1、H2液壓伺服系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對多油缸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償控制，達(dá)到消除Hl和H2與 HO油缸的運(yùn)動(dòng)偏差，保證多油缸能夠協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，同理，若增加其它油缸，控制方法與上述方 法相同。
權(quán)利要求
一種潛器全方位推進(jìn)器多油缸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征是待液壓系統(tǒng)初始化完成后，控制器將光柵尺數(shù)據(jù)清零；潛器全方位推進(jìn)器控制器根據(jù)潛器運(yùn)動(dòng)要求，解算出斜盤位移和傾斜角度，同時(shí)轉(zhuǎn)換為每個(gè)液壓缸需要的位移長度，并以移動(dòng)量最小的液壓缸為基準(zhǔn)將其作為主液壓缸，其他為從缸；光柵尺檢測的偏差信號(hào)經(jīng)偏差反饋補(bǔ)償因子，作為油缸協(xié)調(diào)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸入信號(hào)，液壓油缸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)偏差補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)采用PID控制器實(shí)現(xiàn)，通過控制器實(shí)時(shí)調(diào)整補(bǔ)償、比例因子來；得到對另一個(gè)油缸的補(bǔ)償指令信號(hào)，并將指令信號(hào)輸入該套液壓伺服系統(tǒng)，形成閉環(huán)反饋控制。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種潛器全方位推進(jìn)器多油缸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制方法。待液壓系統(tǒng)初始化完成后，控制器將光柵尺數(shù)據(jù)清零；潛器全方位推進(jìn)器控制器解算出斜盤位移和傾斜角度，同時(shí)轉(zhuǎn)換為每個(gè)液壓缸需要的位移長度，并以移動(dòng)量最小的液壓缸為基準(zhǔn)將其作為主液壓缸，其他為從缸；光柵尺檢測的偏差信號(hào)經(jīng)偏差反饋補(bǔ)償因子，作為油缸協(xié)調(diào)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸入信號(hào)，通過控制器實(shí)時(shí)調(diào)整補(bǔ)償、比例因子來；得到對另一個(gè)油缸的補(bǔ)償指令信號(hào)，并將指令信號(hào)輸入該套液壓伺服系統(tǒng)，形成閉環(huán)反饋控制。本發(fā)明為多液壓缸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)提供了一種普遍適用的新途徑；能改善螺旋漿系統(tǒng)的水動(dòng)力性能和潛器全方位推進(jìn)器的操縱性能；具有較強(qiáng)的魯棒性。
文檔編號(hào)B63C11/00GK101916117SQ20101022150
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者劉勝, 常緒成, 李冰, 李高云, 王宇超 申請人:哈爾濱工程大學(xué)