【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空中作业机器人，具体为输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法及系统。
技术介绍
1、电力系统是国民经济发展的重要因素，确保电力安全平稳运行极为重要。输电线路的定期检修维护，需要极大人力和物力，线路巡检与作业机器人代替人工已成为保障电网安全运行的主流模式。输电线路作业机器人在国内外已有一定研究，通过控制实现巡检作业等任务。
2、输电线因自然弧垂形成了坡度，为实现机器人稳定上下坡行走，考虑机器人自重，论证分析后选择双轮行走方案。行走轮采用伺服电机驱动，以满足水平行走与上下坡行走的需求。同时，因机器人在行走过程中受负载变化影响，存在两电机转速不完全同步现象，进而出现行走轮打滑、磨损及行走效率降低等问题。多电机同步控制属于非线性系统，主要有耦合控制与非耦合控制两种。非耦合控制对象之间不存在耦合，会因扰动产生较大同步误差，控制精度较低，无法满足高精度同步控制需求；耦合控制可减弱扰动对多电机同步系统的影响，有效提高多电机系统同步精度。
3、基于此，提出一种基于bp神经网络的主从融合偏差耦合双行走轮驱动电机同步控制算法。该算法将bp神经网络、偏差耦合及主从控制相结合，主电机以反馈信号、自身跟踪误差及其微分作bp神经网络输入，动态调节pid控制器参数，从电机采用pid控制器(给定控制参数)，通过负反馈与一个惯性前馈环节实现速度跟踪控制，解决了传统pid多电机控制易受扰动与负载影响、参数调节缺乏自适应及控制精度低的问题，提高了电机同步系统的同步性能与抗扰性能。设计的输电线路断股修复机器人用于修复输电线路上
技术实现思路
1、鉴于上述存在的问题，提出了本专利技术。
2、因此，本专利技术解决的技术问题是：传统pid多电机控制存在易受扰动与负载影响、参数调节缺乏自适应及控制精度低的问题，现有改良方法未考虑行走轮的同步性能与行走效率问题。
3、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法，包括：采集断股修复机器人和作业环境的数据，根据断股修复机器人的数据选择伺服驱动电机；根据伺服驱动电机得到传递函数模型，基于bp-pid的主从融合偏差耦合实现电机同步控制策略；根据电机同步控制策略，实现输电线路断股修复机器人的同步控制。
4、作为本专利技术所述的输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法的一种优选方案，其中：所述传递函数模型包括，基于伺服电机电压、电流以及输出转矩间的物理关系，通过伺服电机的通用数学模型，利用拉氏变换转换为传递函数模型。
5、作为本专利技术所述的输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法的一种优选方案，其中：所述同步控制策略包括，给定主从电机的同步期望转速，主电机pid控制器参数通过bp神经网络调节，以提高同步系统的抗扰性能，从电机给定pid控制器参数，将主电机反馈的转速与从电机反馈的转速作差，得到同步误差，并将同步误差引入前馈进行补偿，从电机跟随主电机运动实现同步。
6、作为本专利技术所述的输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法的一种优选方案，其中：所述bp神经网络包括输入层和隐含层，输入层表示为，
7、
8、隐含层输入表示为，
9、
10、隐含层神经元激活函数表示为，
11、
12、其中，表示bp神经网络的输入集；x表示bp神经网络的输入项；k表示第k时刻；表示隐含层的输入中间项；表示隐含层的输出；表示隐含层的权重；表示隐含层的输入；f表示激活函数；tanh(x)表示双曲正切函数。
13、作为本专利技术所述的输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法的一种优选方案，其中：所述bp神经网络还包括，输出层表示为，
14、
15、其中，表示激活值；表示输出层权重；g表示输出层激活函数；o表示bp神经网络的输出；k表示pid控制器的参数。
16、作为本专利技术所述的输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法的一种优选方案，其中：所述输出层激活函数包括，k为非负值，激活函数应为非负值，
17、
18、性能指标函数表示为：
19、
20、通过梯度下降调整bp神经网络权值，对e(k)向负梯度方向搜索，为达到快速收敛，惯性项表示为：
21、
22、其中，h(x)表示非负的激活函数；e(k)表示性能指标函数；ri(k)表示系统的输入；yo表示系统的输出；表示加权系数；η为学习效率；γ为惯性系数。
23、作为本专利技术所述的输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法的一种优选方案，其中：所述主电机pid控制器包括，将bp神经网络输出的kp、kp、kp作为pid控制器参数，bp神经网络通过误差逆向传播训练形成前馈网络，基于梯度下降使网络输入与输出误差均方差最小，针对双轮行走同步控制系统采用三层bp神经网络，包括输入层、隐含层与输出层，其中隐含层神经元共128个。
24、第二方面，本专利技术还提供了输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制系统，包括，数据采集模块，采集断股修复机器人和作业环境的数据，基于伺服电机电压、电流以及输出转矩间的物理关系，建立伺服电机的通用数学模型，并通过拉氏变换转换为传递函数模型；神经网络构建模块，根据伺服驱动电机模型，通过bp神经网络调节pid控制器参数，计算性能指标函数和惯性项；同步控制模块，根据电机同步控制策略，实现输电线路断股修复机器人的同步控制。
25、第三方面，本专利技术还提供了一种计算设备，包括：存储器和处理器；
26、所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法的步骤。
27、第四方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法的步骤。
28、本专利技术的有益效果：本专利技术方法针对断股修复机器人双行走轮转速存在同步误差问题，易受内外部扰动影响等，设计了一种基于bp-pid的主从融合偏差耦合电机同步控制策略，解决了因转速差造成轮子橡胶表皮磨损及行走效率低的问题。提出的双轮转速同步控制系统，创新性地将bp神经网络、偏差耦合及主从控制相融合，解决了传统pid多电机控制易受环境与负载影响、参数调节缺乏自适应及控制精度低的问题，实现同步控制。
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1.输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法，其特征在于：所述传递函数模型包括，基于伺服电机电压、电流以及输出转矩间的物理关系，通过伺服电机的通用数学模型，利用拉氏变换转换为传递函数模型。
3.如权利要求2所述的输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法，其特征在于：所述同步控制策略包括，给定主从电机的同步期望转速，主电机PID控制器参数通过BP神经网络调节，以提高同步系统的抗扰性能，从电机给定PID控制器参数，将主电机反馈的转速与从电机反馈的转速作差，得到同步误差，并将同步误差引入前馈进行补偿，从电机跟随主电机运动实现同步。
4.如权利要求3所述的输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法，其特征在于：所述BP神经网络包括输入层和隐含层，输入层表示为，
5.如权利要求4所述的输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法，其特征在于：所述BP神经网络还包括，输出层表示为，
6.如权利要求5所述的输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法
7.如权利要求6所述的输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法，其特征在于：所述主电机PID控制器包括，将BP神经网络输出的KP、KP、KP作为PID控制器参数，BP神经网络通过误差逆向传播训练形成前馈网络，基于梯度下降使网络输入与输出误差均方差最小，针对双轮行走同步控制系统采用三层BP神经网络，包括输入层、隐含层与输出层，其中隐含层神经元共128个。
8.一种采用如权利要求1～7任一所述方法的输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制系统，其特征在于，包括，
9.一种计算设备，包括：存储器和处理器；
10.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现权利要求1至7任一项所述的方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法，其特征在于：所述传递函数模型包括，基于伺服电机电压、电流以及输出转矩间的物理关系，通过伺服电机的通用数学模型，利用拉氏变换转换为传递函数模型。
3.如权利要求2所述的输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法，其特征在于：所述同步控制策略包括，给定主从电机的同步期望转速，主电机pid控制器参数通过bp神经网络调节，以提高同步系统的抗扰性能，从电机给定pid控制器参数，将主电机反馈的转速与从电机反馈的转速作差，得到同步误差，并将同步误差引入前馈进行补偿，从电机跟随主电机运动实现同步。
4.如权利要求3所述的输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法，其特征在于：所述bp神经网络包括输入层和隐含层，输入层表示为，
5.如权利要求4所述的输电线路断股修复机器人双轮行走同步控制方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：卓浩泽，李泰霖，蒋圣超，王斌，祝文姬，欧发斌，纪硕磊，王志永，廖禄伟，杨忠，王飞风，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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