[发明专利]一种作业型水下机器人液压推进器的推力控制仿真系统

说明书

本发明公开了一种作业型水下机器人液压推进器的推力控制仿真系统。将期望推力输入到放大器1后，得到控制电压；将控制电压传送给放大器2后，输出控制电流给电液伺服阀传递函数模型，得到伺服阀阀芯位移传送给阀控液压马达传递函数模型，输出液压马达两端油液压力差给马达排量模块，输出扭矩；将螺旋桨的进速和反馈转速，输入到螺旋桨转矩及推力系数计算模型，得到转矩系数和推力系数，传送给螺旋桨推进器动力学系统模型；螺旋桨推进器动力学系统模型计算出推进器的推力和反馈转速。本发明具有在海流速度及ROV运动速度变化时，液压推进器的推力稳定输出的优点。

技术领域

本发明属于无人水下机器人运动控制技术领域，尤其涉及针对过驱动作业型遥控水下机器人(ROV—Remotely Operated Vehicle)的，一种作业型水下机器人液压推进器的推力控制仿真系统。

背景技术

作业型ROV的最大特点是能在危险深海环境中完成高强度、大负荷和高精度作业，它是我国实施深海资源开发战略不可或缺的重大技术装备之一。开发作业型ROV仿真训练模拟器，可在虚拟环境中对作业人员进行岗位培训，并对水下作业进行预演，提高作业效率及安全性，具有重要的工程价值和现实意义。

为了保证较强的水下作业能力，作业型ROV通常是过驱动型的，即所安装推进器的个数大于其所要控制的自由度数。本发明中所研究的ROV安装8个成矢量布置型式的液压螺旋桨推进器。为了实现作业型ROV六自由度运动控制，需要同时控制8个推进器动作，这属于典型的过驱动推力分配问题。同时，由于液压推进器的执行存在较大的滞后特性，研究液压推进器的推力控制仿真系统，对研究作业型ROV仿真训练模拟器具有重要的工程价值。因此，液压推进器的推力控制仿真系统成了开发作业型ROV仿真训练模拟器的关键技术之一。

目前，水下机器人推进器的推力控制通常是通过直接控制螺旋桨的转速来实现的。然而，由于海底海流流速或ROV运动速度的变化，会导致螺旋桨进速系数的改变，进一步会导致推进器的转矩系数和推力系数的变化，如果直接采用转速反馈来调节推进器的推力，难以实现推力的稳定输出，也就难以实现作业型ROV的稳定控制。目前，由于技术比较敏感，国内外公开资料很少有公开关于作业型ROV推进系统的控制仿真技术方面的相关文献与资料。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够提高稳定性的，作业型水下机器人液压推进器的推力控制仿真系统。

一种作业型水下机器人液压推进器的推力控制仿真系统，包括放大器1、放大器2、电液伺服阀传递函数模型、阀控液压马达传递函数模型、马达排量模块D_M、螺旋桨推进器动力学系统模型、螺旋桨转矩及推力系数计算模型；

将期望推力T₁输入到放大器1后，得到控制电压u_T；将控制电压u_T传送给放大器2后，输出控制电流i给电液伺服阀传递函数模型，得到伺服阀阀芯位移x_v传送给阀控液压马达传递函数模型，输出液压马达两端油液压力差p_L给马达排量模块D_M，输出扭矩T_g；

将螺旋桨的进速V_A和反馈转速n，输入到螺旋桨转矩及推力系数计算模型，得到转矩系数K_Q和推力系数K_T，传送给螺旋桨推进器动力学系统模型；

螺旋桨推进器动力学系统模型根据接收的扭矩T_g、转矩系数K_Q和推力系数K_T，计算出推进器的推力T和反馈转速n，将反馈转速n传送给螺旋桨转矩及推力系数计算模型，推进器的推力T为输出结果。

本发明一种作业型水下机器人液压推进器的推力控制仿真系统，还可以包括：

1、电液伺服阀传递函数模型为：