[发明专利]一种基于多电机主从轴协同算法的水下机器人控制方法

权利要求书

1.一种基于多电机主从轴协同算法的水下机器人控制方法，其特征在于，由多电机主从轴协同控制系统和从动轴推进电机动态面反步滑模控制器组成，所述多电机主从轴控制系统通过归一化比例同步系数分配算法进行设计。

2.根据权利要求1所述的基于多电机主从轴协同算法的水下机器人控制方法，其特征在于，所述从动轴推进电机动态面反步滑模控制器，根据推进电机的基于同步旋转坐标系的运动方程和电压方程，以动态面反步法设计控制方案，引入连续可导的tanh()函数，设计最终实际控制信号，使得从动轴推进电机闭环系统的所有信号半全局一致最终有界，具有较好的抗干扰能力。

3.根据权利要求2所述的基于多电机主从轴协同算法的水下机器人控制方法，其特征在于，包括以下模块：

模块一：主轴控制模块，以反步控制法为基础设计多电机主轴控制器，并为其设计自适应律的控制方法，使其在推进电机参数变化时能实时补偿给定的转矩值，从而完成对多个从动轴的协调控制；

模块二：基于归一化的比例同步系数分配算法模块，基于归一化的比例同步系数分配算法通过分解上位机的速度指令，将参考速度归一化，以最大设定转速为基准，将所有速度以比例同步的方式设置给从动轴电机，基于多电机主从轴协同控制算法，分析其主轴工作原理，考虑其从动轴电机只能以相同的速度运行，将归一化比例同步分配方法与其结合，将其封装为输入模块，使其更适合于多自由度运动的水下机器人多电机动力推进控制；

模块三：从动轴电机控制模块，基于从动轴推进电机，根据其电压方程，考虑电磁转矩方程与动力学方程对系统的影响，以从动轴推进电机电流机械角速度为状态变量和输出，d，q轴的电压为输入，建立状态方程，从而实现系统对每台从电机的转速进行控制，维持多电机的协调推进，基于从动轴推进电机控制系统，设计其动态面反步滑模控制器，消除水下非线性环境的不确定扰动，实现多电机系统的稳定控制；

模块四：多电机协同控制模块，通过整合模块一、二、三，设计基于多电机主从轴协同算法及其控制系统，设计水下机器人动力推进控制系统结构，最终给出完整的多电机主从轴协同水下机器人控制系统。

4.根据权利要求3所述的所述的基于多电机主从轴协同算法的水下机器人控制方法，其特征在于，在主轴控制模块中，从动轴反馈至主轴的力矩，采用直接补偿给定转矩值，加入一个变量，设计自适应律的控制方法，使其在电机参数变化时能实时补偿给定的转矩值，

主轴的动力学公式如下若考虑主轴衰减系数b，则主轴驱动力矩公式为：

T_ref＝b(ω^*-ω)+K_m∫(ω^*-ω)dt (1)

式中，T_ref为主轴驱动力矩，b为阻尼增益，K_m为积分刚度增益，ω为主轴实际角速度，ω^*为主轴参考角速度，T_refi为各从动轴反馈力矩，ω为主轴角速度，J为主轴转动量，θ为实际转动角位移，根据主轴的运动学公式(2)可以得到

系统的误差变量定义为

e₁＝ω^*-ω (4)

选择Lyapunov函数：有

令T_ref＝Jk₁e₁+∑T_ref+η，将控制率代入(5)

显然，所以系统是全局渐近稳定的，T_ref和η的反步自适应控制律可以使主轴控制系统逐渐稳定，主轴的参数设置与实际机械轴相同，通过自适应反步控制器进行转速调节和分配，从而控制从动轴多台电机推进系统协同工作。