深海ROV液壓推進(jìn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制方法研究.pdf

1、液壓推進(jìn)系統(tǒng)作為ROV(Remotely Operated Vehicle)控制系統(tǒng)的重要組成部分，其性能直接影響機(jī)器人運(yùn)動和作業(yè)能力。本文在國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃4500米級深海作業(yè)系統(tǒng)的資助下成功研制了國內(nèi)首套應(yīng)用于4500米級ROV-“海馬號”ROV的液壓推進(jìn)系統(tǒng)，其各方面性能滿足相應(yīng)的指標(biāo)要求，并于2014年4月在南海通過了海試驗(yàn)收。液壓推進(jìn)作為關(guān)鍵核心技術(shù)之一，助力“海馬號”ROV入選2014年中國十大科技進(jìn)展新聞（排名第二）

2、。文中重點(diǎn)研究了電液比例減壓閥控式液壓推進(jìn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其控制方法，取得以下研究結(jié)論和創(chuàng)新成果:
　　(1)針對深海ROV推進(jìn)減壓閥控螺旋槳環(huán)節(jié)穩(wěn)定性差的問題，系統(tǒng)地研究了有效彈性模量和液壓油粘度等系統(tǒng)參數(shù)對穩(wěn)定性的影響，提出了進(jìn)出口壓力復(fù)合控制方法，海試結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性。采用線性化方法分析建模，在螺旋槳工作點(diǎn)附近建立減壓閥先導(dǎo)級和主閥級的傳遞函數(shù)，并通過仿真和試驗(yàn)重點(diǎn)研究了液壓系統(tǒng)參數(shù)對減壓閥穩(wěn)定性的影響。該套系統(tǒng)在“海

3、馬號”ROV中得到成功應(yīng)用，可替代常規(guī)的伺服閥或變量馬達(dá)控制。該系統(tǒng)及其分析方法也適用于工程機(jī)械中大慣量執(zhí)行器件的驅(qū)動控制。
　　(2)針對電液比例式推進(jìn)系統(tǒng)存在液壓系統(tǒng)強(qiáng)非線性、易受外界溫度壓力以及水動力性能變化引起的參數(shù)不確定性的問題，提出了一種自適應(yīng)反演滑模控制方法。該方法結(jié)合實(shí)驗(yàn)辨識和自適應(yīng)參數(shù)控制器設(shè)計(jì)方法分別對電液比例復(fù)雜耦合系統(tǒng)和不確定系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行簡化分析和在線估計(jì)，使用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論保證了系統(tǒng)全局漸近穩(wěn)定以及

4、系統(tǒng)狀態(tài)的有界性。通過與傳統(tǒng)PID控制器的仿真和實(shí)驗(yàn)對比，驗(yàn)證了自適應(yīng)反演滑?？刂破鲗?shù)變化以及未知外界干擾具有較強(qiáng)的魯棒性，可以很好地跟蹤螺旋槳轉(zhuǎn)速參考軌跡，獲得較好的穩(wěn)態(tài)控制精度和動態(tài)性能。
　　(3)針對減壓閥控螺旋槳ROV運(yùn)動系統(tǒng)的強(qiáng)非線性問題，提出了一種非線性滑?？刂破髋cPID控制相結(jié)合的混合控制方法用于ROV的定向定深控制，可減小液壓推進(jìn)器轉(zhuǎn)速和推力不一致引起的負(fù)面影響。在MATLAB/Simulink中建立了ROV