[发明专利]液压绞车柔性牵引的水下运动体的速度控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于水下运动体的速度控制领域，具体涉及一种基于液压绞车柔性牵引的水下运动体的速度控制方法及系统。

背景技术

随着人类对于海洋资源的探索，海洋实力的发展越来越得到各国的重视。水下运动体譬如水下轮式小车等具有操控性好，水下通过性强等多种优点而被广泛应用于水下探矿，水下作业及水下试验等多个领域。针对水下运动体的工作特点，常选用液压绞车作为驱动设备，其具有工作效率高，负载能力强、密封问题易于解决等优点。

图1为一种典型的利用液压绞车作为驱动设备柔性牵引水下运动体即水下小车的示意图。其中，液压泵站,电磁先导阀，主阀和液压绞车滚筒101顺序连接，水下小车通过两根固定于滚筒中间的钢丝绳柔性牵引。通过对于电磁先导阀的控制，可以调节驱动液压绞车系统液压油的流量大小和方向，进而控制液压绞车的转动速度及方向，实现液压绞车驱动水下小车在水下导轨上以一定的速度作往复间隙运动，1号导轮103和2号导轮104起到改变钢丝绳运动方向及施加张紧力的作用。

由于水下运动体主要用于水下科学研究活动，其在水下的运动速度的稳定性(精确性)和可靠性非常重要，运动速度必须实时跟踪并进行精确控制，以确保运动机构的速度精确性和稳定性。

目前，对于液压绞车驱动的运动机构的速度控制，一般采用以速度为直接控制对象的单闭环控制方法，小车速度控制器依据速度设定值与测量值的差值基于模糊PID的控制策略产生控制信号，利用电磁先导阀的开闭控制主阀阀芯开度，进而实现对于液压绞车驱动的运动机构的速度控制。这种控制方法引入了模糊控制的思想，可以在一定程度上减小液压系统非线性对速度控制精度所带来的影响。

但是由于基于液压绞车柔性牵引的水下运动体，譬如通过钢丝绳牵引运动的水下小车的特点，上述基于模糊PID的控制方法对其速度控制的精确性和稳定性还存在很大缺陷。具体来说，首先，由于钢丝绳为柔性牵引介质，这会降低液压牵引系统的刚度和稳定性，使系统呈现柔性特性，抗干扰能力较差；另外，液压伺服系统多为欠阻尼系统，使得液压系统极易震荡，稳定性较差；而且，液压系统通常采用阀控流量控制，其持续工作会导致系统发热，液压油温度升高，而液压系统特性会随液压油温度的变化而变化，故液压系统具有参数时变性；最后，由于液压系统管路具有一定长度，液压主阀响应电磁先导阀控制指令动作和液压绞车建立工作压力均需要一定时间，故液压系统具有时滞特性。现有模糊PID控制根据水下小车速度误差控制阀芯开度，阀芯开度的波动会在不稳定且具有迟滞的牵引系统中引起小车牵引系统震荡甚至失稳，使得其无法适应这种基于液压绞车柔性牵引的水下运动体的速度精确控制的需要。

发明内容

本发明的目的是针对液压绞车柔性牵引水下运动体控制方法和系统所存在的刚度不足、非线性，参数时变性及时滞性等问题和缺陷，提出一种液压绞车牵引的水下运动体的速度控制方法和系统，其将阀芯开度作为中间变量，通过双闭环控制对水下运动体的速度进行控制，从而保证液压牵引系统控制的稳定性、精确性及快速性。

按照本发明一个方面，提供一种基于液压绞车牵引的水下运动体的速度控制方法，用于对液压绞车柔性牵引水下运动体从当前运行速度调速至需要的设定速度的控制，实现水下运动体速度调整的精确平稳和快速控制，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)水下运动体的速度控制器根据水下运动体的速度设定值确定主阀阀芯开度的设定值Ks；

(2)所述速度控制器获取当前的阀芯开度反馈值Kt，并计算阀芯开度比Kc，其中Kc＝Kt/Ks；

(3)根据所述阀芯开度比Kc的大小采取不同的控制策略，以相应地使伺服阀控制器闭环控制主阀阀芯打开至设定值Ks，即若所述阀芯开度比Kc不大于阈值，则以单调过阻尼的方式逐渐增大阀芯开度给定值Kd值至阀芯开度设定值Ks，若阀芯开度比Kc大于阈值，则根据所述速度设定值与反馈速度值的差值Vc对阀芯开度进行微调；

(4)液压绞车根据主阀阀芯的开度获得相应的驱动力以牵引柔性水下运动体以对应速度运动，并通过速度传感器将所述水下运动体的速度反馈值Vt实时反馈给所述速度控制器；

(5)循环执行上述步骤(2)-(4)，直至水下运动体达到速度设定值，完成对液压绞车柔性牵引水下运动体速度的精确控制。

作为本发明的改进，所述阈值范围优选为90％-98％，更优选为95％。

作为本发明的改进，所述水下运动体为水下小车，其通过通过钢丝绳牵引在水下导轨上作往复运动。