[发明专利]一种主动式截断试验执行机构的选择与控制方法

摘要

一种主动式截断试验执行机构的选择与控制方法，属于海洋工程应用领域，步骤为：首先，利用执行机构运动学正解原理求解执行机构工作空间范围，选择适用的执行机构；其次，对驱动电机进行系统辨识，根据辨识模型设计前馈控制与干扰观测器；然后，将驱动电机模型及其控制算法集成到执行机构运动学模型中进行整体仿真，验证控制算法的有效性；最后，将设计好的控制算法集成到运动控制卡，实现执行机构的运动控制。本发明能够提高主动式截断试验截断点执行机构运动跟踪性能，从而保障主动式截断试验的精度。

主权项

1.一种主动式截断试验执行机构的选择与控制方法，其特征在于，首先，利用执行机构运动学正解原理求解执行机构工作空间范围，选择适用的执行机构；其次，对驱动电机进行系统辨识，根据辨识模型设计前馈控制与干扰观测器；然后，将驱动电机模型及其控制算法集成到执行机构运动学模型中进行整体仿真，验证控制算法的有效性；最后，将设计好的控制算法集成到运动控制卡，实现执行机构的运动控制，具体包括以下步骤：第一步，求解执行机构工作空间范围根据执行机构尺寸参数和运动学反解原理对执行机构工作空间范围进行数值求解，判断是否满足试验条件，并根据工作空间范围选择满足试验条件的主动式截断试验截断点执行机构；所述的执行机构包括运动平台，与运动平台相连的多个支腿，及与支腿连接的控制支腿运行的驱动电机；所述的执行机构工作空间范围是指执行机构的运动平台在三维空间内进行位置变化而不进行空间角度变化，所能达到的最大运动范围；第二步，针对支腿驱动电机进行系统辨识将一段白噪声运动信号输入给与支腿相连的驱动电机，由驱动电机得到实际输出响应；结合输入信号与驱动电机的输出响应，采用MATLAB系统辨识工具箱得到多种辨识传递函数结构，再通过MATLAB系统辨识工具箱使驱动电机输出响应与辨识传递函数输出响应之间的误差最小化，得到精度最高的驱动电机的辨识传递函数；第三步，设计前馈控制与干扰观测器结合第二步的驱动电机辨识传递函数设计两种控制算法，前馈控制与干扰观测器，分别提高驱动电机的响应速度与抗干扰性能；第四步，进行整体仿真根据第二步的驱动电机辨识传递函数设计控制算法后，将驱动电机的辨识传递函数、两种控制算法集成到Stewart平台运动学模型中，验证控制算法是否有效：如果有效将控制算法编入运动控制卡来控制实际主动截断试验中的执行机构；如果无效，则返回步骤二；所述的Stewart平台运动学模型包括运动学反解原理与运动学正解原理，其中，运动学正解原理是在已知支腿长度的基础上，根据牛顿拉夫逊法迭代求解运动平台的位姿；第五步，装置连接根据第四步的整体仿真结果，将两种控制算法应用到实际试验的主动式截断试验执行机构上，并通过两种控制算法提高执行机构的运动跟踪精度：运动控制卡给各支腿的驱动电机发送运动信号，驱动电机通过伸缩运动带动执行机构的运动，且驱动电机的实际运动信号将由传感器反馈到运动控制卡，达到控制执行机构运动的目的。