[发明专利]基于多通道升降控制的波浪能采集与转换装置及控制方法

权利要求书

1.基于多通道升降控制的波浪能采集与转换装置的控制方法，其特征在于，波浪能采集与转换装置包括升降平台以及与其连接的波浪能采集机构，还包括多个用于支撑升降平台的桩柱和与桩柱一一对应的用于升降平台上升或下降的爬升机构以及控制单元；

控制单元检测升降平台的俯仰角度、侧倾角度，分别输出控制信号到各桩柱的爬升机构，通过对各桩柱的爬升机构的电机的单独控制，对升降平台的姿态进行控制，增强升降平台的稳定性，提高波浪能采集机构的能量转换效率；

所述波浪能采集与转换装置的控制方法包括：

检测升降平台的俯仰角、侧倾角和垂直位移，作为外环控制器的输入，根据外环控制器输出得到升降平台的垂直、侧倾和俯仰运动控制力；

利用解耦器将升降平台的垂直、侧倾和俯仰运动控制力转换为各个爬升机构的分控制力；

内环控制器根据升降平台的速度和相对速度，输出各爬升机构的控制力信号；

根据解耦器输出的各爬升机构的分控制力和内环控制器输出的各爬升机构的控制力信号，计算得到各爬升机构的理想控制力信号，输入到各爬升机构的控制端，各爬升机构动作，实现升降平台的升降控制；

所述控制方法包括以下步骤，

步骤1：检测升降平台的侧倾角位移θ、俯仰角位移和垂直位移z，作为外环控制器的输入，根据外环控制器输出得到升降平台的垂直运动控制力f_z、侧倾运动控制力f_θ和俯仰运动控制力

步骤2：利用解耦器将垂直运动控制力f_z、侧倾运动控制力f_θ和俯仰运动控制力转换为升降平台的4个爬升机构的分控制力f₁、f₂、f₃、f₄；

步骤3：内环控制器根据升降平台的速度和相对速度，输出4个爬升机构的控制力P₁、P₂、P₃、P₄；

步骤4：根据分控制力f₁、f₂、f₃、f₄和控制力P₁、P₂、P₃、P₄，合成得到4个爬升机构的理想控制力F_d1、F_d2、F_d3、F_d4，作为控制信号输入到各爬升机构的电机控制端；

步骤5：检测4个爬升机构的电机的实际控制力F₁、F₂、F₃、F₄，与理想控制力F_d1、F_d2、F_d3、F_d4比较并计算力误差，根据力误差控制各爬升机构的电机，实现升降平台的升降控制。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤1中，所述外环控制器检测升降平台垂直运动位移z、垂直运动速度侧倾运动角位移θ、侧倾运动角速度俯仰运动角位移以及俯仰运动角位移根据控制模型，得到升降平台的垂直运动控制力f_z、侧倾运动控制力f_θ和俯仰运动控制力

垂直运动控制模型

式中K_z为垂直运动的位移控制比例系数，C_z为升降平台垂直运动控制器的控制系数，z^d为升降平台的理想垂直运动位移；

俯仰运动控制模型

式中为俯仰运动控制比例系数，为升降平台俯仰运动控制器的控制系数，为升降平台的理想俯仰运动角位移；

侧倾运动控制模型

式中K_θ为侧倾运动控制比例系数，C_θ为升降平台侧倾运动控制器的控制系数，θ^d为升降平台的理想侧倾运动角位移。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤5中，所述根据力误差控制各爬升机构的电机，当力误差为正且较大时，采用PID控制算法，驱动电机输出较大的控制力；当力误差为负且较大时，控制电机使电机电流置零。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述PID控制算法，力误差e_f＝F_d-F，F_d＝[F_d1 F_d2 F_d3 F_d4]，F＝[F₁ F₂ F₃ F₄]；

力误差控制模型其中K_P、K_D、K_I分别为PID控制算法的控制系数。