混联平台迟滞响应的主动补偿方法技术

本发明专利技术提供了一种混联平台迟滞响应的主动补偿方法，涉及海洋工程领域，首先取反的当前姿态变化信息发送到预测模型，得到下一时刻的船体姿态变化信号，提前预测海浪对船体的影响，然后进行逆运动学推算，获得执行器的补偿信息，最后通过控制器输出到执行器中，对执行器下一时刻的运动进行补偿，在执行器动作之前，将海浪对船体可能造成的影响消除，解决补偿迟滞响应的弊端。为了保证预测的精度，最后将下一时刻执行器的运行信息取反，并逆向推算出船体姿态的理论变化值，将理论变化值与船体姿态的实际变化值做差值，并将差值返回到预测模型中，将差值叠加到后一时刻的预测值中，对执行器进行进一步修正，使得补偿效果更好。使得补偿效果更好。使得补偿效果更好。

【技术实现步骤摘要】
混联平台迟滞响应的主动补偿方法


[0001]本专利技术涉及海洋工程
，具体而言，涉及一种混联平台迟滞响应的主动补偿方法。

技术介绍

[0002]随着人口数量的急剧增加，人类面临着陆地资源紧缺，生态环境恶化等全球性难题。为应对上述危机，人类将资源开发利用的目光由陆地逐渐转向海洋。但是海上风电机组常常出故障，需要运维人员经常乘坐船舶到达海上平台进行风电机组维修，因此进行安全海上运维工作就十分必要。
[0003]海上风电运维系统就是能够安全将运维人员和设备送到风机平台上，由于海浪的影响，船身处于颠簸摆动的状态，运维系统不能准确平稳的将运维人员和设备送到风机平台上。由于维修设备和吊装重物巨大的惯性，使运维系统的动作滞后于船舶的相对运动；同时，受到机械摩擦、电子元件损耗等不良因素的影响，而且海浪对运维系统的影响呈现明显的非线性特性，最终导致运维系统的执行动作产生时滞，即实际执行动作与期望动作能够到达的位置存在偏差；另外由于执行机构在执行控制信号的时候需要一定的时间，进而使得系统的信号输出比较慢，当前施加的控制作用不能及时输出，进一步加重时滞的产生，严重影响了系统的稳定性，使得系统的控制性能大幅降低。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的问题是如何降低运维系统因海浪产生的迟滞影响。
[0005]为解决上述问题，一方面，本专利技术提供了一种混联平台迟滞响应的主动补偿方法，所述混联平台包括并联平台和舷梯，所述并联平台包括上平台和下平台，所述混联平台迟滞响应的主动补偿方法包括：
[0006]根据传感器的反馈信息获取船体的当前姿态变化信息；
[0007]将所述当前姿态变化信息取反发送至预测模型中，并结合当前执行器的运动信息，得到下一时刻的姿态变化预测信息；
[0008]根据所述姿态变化预测信息对所述混联平台进行分析，获取补偿信息，其中，对所述混联平台的分析包括运动学分析和动力学分析；
[0009]将所述补偿信息发送至控制器中，其中，所述控制器根据所述补偿信息修正控制信号，并将修正后的控制信号发送至所述执行器，控制所述执行器在下一时刻运动；
[0010]基于所述执行器的运动，获取所述执行器在下一时刻的所述运动信息，并将所述运动信息反馈至所述预测模型中；
[0011]循环执行上述步骤，以补偿所述执行器在每一时刻的运动误差。
[0012]进一步地，所述将所述当前姿态变化信息取反发送至预测模型中，并结合当前执行器的运动信息，得到下一时刻的姿态变化预测信息包括：
[0013]所述预测模型中引入混联平台在输入和输出过程中的动态特征参数，表达式为：
[0014]y
p
(τ+1)＝f(y(τ),...,y(τ
‑
n+1),u(τ),...,u(τ
‑
m+1),d(τ),...,d(τ
‑
m+1))，
[0015]其中，y
p
(τ)为所述混联平台内的液压油缸在τ时刻的预测变化量，y(τ) 为所述混联平台内的液压油缸在τ时刻的实际变化量，u(τ)表示所述预测模型在τ时刻的输入，d(τ)为所述混联平台的液压系统在τ时刻的时滞时长，由仿真系统实际延迟时间产生，m、n分别表示有n个u和m个d。
[0016]根据上述表达式可知在过去的n个输入和m个输出决定着系统在τ+1时刻的输出值y
p
(τ+1)。Elman神经网络预测模型的输入为：之前时刻的监测输入以及反馈的当前时刻的输出及外部干扰。在之后的仿真过程中，Elman网络模型输出的y
p
可以替代实际输出y。训练好的Elman网络预测模型可以独立于机械系统之外，即可表示为下式：
[0017]y
p
(τ)＝f(y
p
(τ
‑
1),u(τ
‑
1),d(τ
‑
1))，
[0018]进一步地，所述根据所述姿态变化预测信息对所述混联平台进行分析，获取补偿信息包括：
[0019]根据所述姿态变化预测信息对所述混联平台进行所述运动学分析，得到所述并联平台和所述舷梯的各个关节的速度和位移量；
[0020]根据所述速度和所述位移量，获得所述混联平台中所述执行器的驱动力和驱动力矩，其中，所述补偿信息包括各关节的所述速度和所述位移量以及所述执行器的所述驱动力和所述驱动力矩。
[0021]进一步地，所述运动学分析包括：
[0022]所述上平台相对于所述下平台的齐次变换矩阵为：
[0023][0024]其中，为位姿变换矩阵；为所述上平台相对所述下平台的位移矩阵；
[0025]与之间的坐标转换公式：
[0026][0027]其中，为所述上平台铰点坐标；为所述下平台铰点坐标；
[0028]所述上平台和所述下平台之间的驱动杆杆长向量为：
[0029][0030]所述舷梯末端相对于所述上平台中心的齐次变换矩阵为：
[0031][0032][0033][0034][0035]其中，θ1为旋转关节旋转角；θ2为俯仰关节的俯仰角；d为伸缩关节运动后所述舷梯长度。
[0036]进一步地，所述动力学分析包括：
[0037]所述并联平台的总动能为所述上平台的总动能与所述驱动杆的总动能之和，具体为：
[0038][0039]其中，所述上平台的总动能为：
[0040][0041]M
p
为所述上平台的质量矩，V
p
为所述上平台的移动矢量矩阵；
[0042]其中，所述驱动杆的总动能为：
[0043][0044]m1为所述驱动杆缸体部分质量，m2为活塞部分质量；V
Gi
为所述驱动杆质心的运动速度，
[0045]第i根所述驱动杆的势能为：
[0046][0047]其中，g为重力加速度；g
i
为液压油缸质心到所述下平台铰点的距离；s1为所述液压油缸缸体质心到所述下平台铰点的距离；s2为伸缩质心到所述上平台铰点的距离；h
gi
为伸缩油缸质心占所述驱动杆总长度的比例l
i
为所述驱动杆的杆长向量；l
iz
为l
i
的z轴坐标；
[0048]进一步地，所述混联平台中的各个机构所需驱动力为：
[0049][0050]其中，L为拉格朗日系数，L＝K
‑
P，K为动能，P为位能；其中和分别为求偏导和求导数运算；
[0051][0052]其中，l为所述旋转关节质心到所述上平台质心的水平距离，d1为俯仰铰链到固定舷梯质心的距离，d2为所述固定舷梯质心到活动舷梯质心的距离，θ1为所述旋转关节旋转角；θ2为所述俯仰关节的俯仰角，m3为所述上平台质量； m4为俯仰机构质量；m5为伸缩机构质量。
[0053]进一步地，所述混联平台迟滞响应的主动补偿方法还包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混联平台迟滞响应的主动补偿方法，其特征在于，所述混联平台包括并联平台和舷梯，所述并联平台包括上平台和下平台，所述混联平台迟滞响应的主动补偿方法包括：根据传感器的反馈信息获取船体的当前姿态变化信息；将所述当前姿态变化信息取反发送至预测模型中，并结合当前执行器的运动信息，得到下一时刻的姿态变化预测信息；根据所述姿态变化预测信息对所述混联平台进行分析，获取补偿信息，其中，对所述混联平台的分析包括运动学分析和动力学分析；将所述补偿信息发送至控制器中，其中，所述控制器根据所述补偿信息修正控制信号，并将修正后的控制信号发送至所述执行器，控制所述执行器在下一时刻运动；基于所述执行器的运动，获取所述执行器在下一时刻的所述运动信息，并将所述运动信息反馈至所述预测模型中；循环执行上述步骤，以补偿所述执行器在每一时刻的运动误差。2.根据权利要求1所述的混联平台迟滞响应的主动补偿方法，其特征在于，所述将所述当前姿态变化信息取反发送至预测模型中，并结合当前执行器的运动信息，得到下一时刻的姿态变化预测信息包括：所述预测模型中引入混联平台在输入和输出过程中的动态特征参数，表达式为：y
p
(τ+1)＝f(y(τ),...,y(τ
‑
n+1),u(τ),...,u(τ
‑
m+1),d(τ),...,d(τ
‑
m+1))其中，y
p
(τ)为所述混联平台内的液压油缸在τ时刻的预测变化量，y(τ)为所述混联平台内的液压油缸在τ时刻的实际变化量，u(τ)表示所述预测模型在τ时刻的输入，d(τ)为所述混联平台的液压系统在τ时刻的时滞时长，由仿真系统实际延迟时间产生，m、n分别表示有n个u和m个d。3.根据权利要求1所述的混联平台迟滞响应的主动补偿方法，其特征在于，所述根据所述姿态变化预测信息对所述混联平台进行分析，获取补偿信息包括：根据所述姿态变化预测信息对所述混联平台进行所述运动学分析，得到所述并联平台和所述舷梯的各个关节的速度和位移量；根据所述速度和所述位移量，获得所述混联平台中所述执行器的驱动力和驱动力矩，其中，所述补偿信息包括各关节的所述速度和所述位移量以及所述执行器的所述驱动力和所述驱动力矩。4.根据权利要求1所述的混联平台迟滞响应的主动补偿方法，其特征在于，所述运动学分析包括：所述上平台相对于所述下平台的齐次变换矩阵为：其中，为位姿变换矩阵；为所述上平台相对所述下平台的位移矩阵；与之间的坐标转换公式：
其中，为所述上平台铰点坐标；为所述下平台铰点坐标；所述上平台和所述下平台之间的驱动杆杆长向量为：所述舷梯末端相对于所述上平台中心的齐次变换矩阵为：所述舷梯末端相对于所述上平台中心的齐次变换矩阵为：所述舷梯末端相对于所述上平台中心的齐次变换矩阵为：所述舷梯末端相对于所述上平台中心的齐次变换矩阵为：其中，θ1为旋转关节旋转角；θ2为俯仰关节的俯仰角；d为伸缩关节运动后所述舷梯长度。5.根据权利要求4所述的混联平台迟滞响应的主动补偿方法，其特征在于，所述动力学分析包括：所述并联平台的总动能为所述上平台的总动能与所述驱动杆的总动能之和，具体为：其中，所述上平台的总动能为：M
p
为所述上平台的质量矩，V
p
为所述上平台的移动矢量矩阵；其中，所述驱动杆的总动能为：m1为所述驱动杆缸体部分质量，m2为活塞部分质量；V
Gi
为所述驱动杆质心的运动速度，第i根所述驱动杆的势能为：其中，g为重力加速度；g
i
为液压油缸质心到所述下平台铰点的距离；s1为所述液压油缸缸体质心到所述下平台铰点的距离；s2为伸缩质心到所述上平台铰点的距离；h
gi
为伸缩油
缸质心占所述驱动杆总长度的比例l
i
为所述驱动杆的杆长向量；l
iz
为l
i
的z轴坐标。6.根据权利要求5所述的混联平台迟滞响应的主动补偿方法，其特征在于，所述混联平台中的各个机构所需驱动力为：其中，L为拉格朗日系数，L＝K
‑
P，K为动能，P为位能；其中和分别为求偏导和求导数运算；其中，l为所述旋转关节质心到所述上平台质...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏延辉，马天宇，樊雅妮，王玥玥，张贺龙，卢添浩，张雪，程健，牟泽昊，王丹旭，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：