高压电线检修机器人的抗外部干扰系统的检测方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了高压电线检修机器人的抗外部干扰系统的检测方法与系统，检修机器人在高空中的高压电线上进行检修是会受到未知风的干扰，导致机器人的实际转速与风速不一致，导致检修机器人能耗增加。因此，在检修机器人系统的控制方法研究与设计中应充分考虑对误差的约束。使用神经网络对未知风速进行约束。通过设计合适的李亚普洛夫函数和虚拟控制律和更新律，并对虚拟控制律进行反复求导，带入求导后的李亚普洛夫函数，消除多余的项，使得求导后的李亚普洛夫函数总是小于等于零，保证系统最终有界。通过对机器人进行控制完成对高压电线的检修，节约时间，节约人工成本，也避免的危险的产生。危险的产生。危险的产生。

【技术实现步骤摘要】
高压电线检修机器人的抗外部干扰系统的检测方法与系统


[0001]本专利技术属于机器人抗外部干扰领域，具体涉及一种以高压电线检修机器人为核心的抗外部干扰系统的检测与控制设备。

技术介绍

[0002]特高压电路，电线长度长，同时架设高度较高，传统的人工检修耗时耗力，而且伴有人身危险。基于有人检修的缺点，故设计出高压电线检修机器人，通过对机器人进行控制完成对高压电线的检修，节约时间，节约人工成本，也避免的危险的产生。同时该高压电线检修机器人具有抗外部干扰能力，通过对未知风速的采集并约束，可以减少风速对检修机器人的影响。
[0003]在高压电线检修机器人为核心的抗外部干扰系统的检测与控制设系统中，检修机器人在高空中的高压电线上进行检修是会受到未知风的干扰，导致机器人的实际转速与风速不一致，导致检修机器人能耗增加，如何减少甚至消除检修机器人转速和未知风速之间的转速误差变得尤为重要。因此，在检修机器人系统的控制方法研究与设计中应充分考虑对误差的约束。未知风速作为非线性系统，约束问题的解决更为复杂和困难，可考虑使用神经网络对未知风速进行约束。在该领域应用比较广泛的控制方法多以反推(Backstepping)方法为设计框架，通过设计合适的Lyapunov函数和虚拟控制律和更新律，并对虚拟控制律进行反复求导，带入求导后的Lyapunov函数，消除多余的项，这使得能够使求导后的Lyapunov函数总是小于等于零，保证系统最终有界。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种以高压电线检修机器人为核心的抗外部干扰系统的检测与控制设备，该检测控制设备能够让检修机器人在外部干扰情况下能够正常进行工作，通过对未知风速进行采集，利用神经网络对未知风速进行约束，完成机器人转速与未知风速的误差约束，采用反推法，设计合适的Lyapunov函数，完成对系统的稳定性分析，减少误差。
[0005]技术方案：高压电线检修机器人的抗外部干扰系统的检测方法，包括以下步骤：
[0006](1)将高压电线检修机器人运动时受到未知风速影响的状态方程进行转化，未知风速作为非线性系统，构建高压电线检修机器人的抗外部干扰闭环系统；
[0007](2)利用神经网络逼近技术对未知风速进行约束，根据约束条件得到误差变量函数；
[0008](3)根据反推设计方法，设计虚拟控制律作为抗外部干扰闭环系统的实际输入，设计高压电线检修机器人的转速作为自适应更新律；
[0009](4)构建高压电线检修机器人的抗外部干扰闭环系统的李亚普洛夫函数并对其求导，将虚拟控制律和自适应更新律代入李亚普洛夫函数的导数，推算李亚普洛夫函数的导数是否小于等于零，若是，则可以使抗外部干扰闭环系统变量最终有界，继续步骤(5)；若不
是，则不能使闭环系统变量最终有界，则返回步骤(3)重新设计虚拟控制律及自适应更新律；
[0010](5)针对抗外部干扰闭环系统进行稳定性分析，证明未知风速的约束条件没有被违反，并得到跟踪误差、收敛时间的确定性表达式，确定抗外部干扰闭环系统的误差控制性能满足要求，高压电线检修机器人可以在风速干扰情况下进行稳定的检修。
[0011]进一步的，所述步骤(1)高压电线检修机器人的抗外部干扰闭环系统模型如下：
[0012]x1＝x2+f1(x1)
[0013]x2＝x3+f2(x1,x2)
[0014].......
[0015]x
n
＝u+f
n
(x
n
)
[0016]y＝x1[0017]其中，x
i
∈R
n
为高压电线检修机器人的马达叶片转速，u∈R为控制输入，y∈R为控制输出，f
i
，i＝1、...、n是未知光滑连续函数，为外界未知风速干扰，其中f
i
(0,...,0)＝0。
[0018]进一步的，所述步骤(2)的误差变量函数如下所示：
[0019][0020]其中τ
*
表示网络重构误差，|τ
*
|≤τ
MAX
τ
MAX
是τ
*
的最大值；θ
*
是以|θ*|≤θ
MAX
为界的最优权值向量，θ
MAX
是θ
*
的最大值；为光滑有限函数，θ
*T
为θ
*
的转置，上述公式表示利用神经网络对未知风速进行逼近。
[0021]进一步的，步骤(3)中
[0022]虚拟控制律如下：
[0023][0024][0025][0026]自适应更新律如下：
[0027][0028]α1，α
i
,u为虚拟控制律，c1,c
i
,c
n
，k为常数，z1,......z
i
‑1,z
k
,z
n
，为误差变量，θ
*
是以|θ
*
|≤θ
MAX
为界的最优权值向量，为θ的估计值，为光滑的有限函数，τ
*
表示网络重构误差，为的导数。
[0029]进一步的，虚拟控制律和自适应更新律需要满足的目标包括：
[0030]目标1：保证高压电线检修机器人及其抗外部干扰系统所有变量都是半全局稳定的，实际转速和未知风速的误差收敛到无限小；
[0031]目标2：高压电线检修机器人及其抗外部干扰系统所有的变量都确保在约束条件
内，不违反全状态约束。
[0032]进一步的，李亚普洛夫函数的构建过程如下，进行如下推导：
[0033]结合严格反馈非线性系统的状态方程和误差变量z1＝x1‑
y
r
[0034]对z1求其时间导数，得到：
[0035][0036][0037]由于由于为θ的估计值，为估计误差，为光滑有限函数，θ
*T
为θ
*
的转置，θ
*
是以|θ
*
|≤θ
MAX
为界的最优权值向量，τ
*
表示网络重构误差；
[0038]所述抗外部干扰闭环系统模型有如下假设：
[0039]参考信号y
r
,均为足够光滑的有界函数；y
r
为z1‑
x1的误差，出现在后续对V1,V2...V
n
进行求导时，y
r
要进行多次求导，为了保证闭环系统变量是有界的，即保证状态方程和误差变量z1和有界，所以让参考信号是光滑有界函数，不会影响结果。
[0040]通过z1......z
i
完成实际高压电线检修机器人的马达叶片转速与未知风速误差的约束，设计的李亚普洛夫函数为V1,......V
n
如下：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高压电线检修机器人的抗外部干扰系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将高压电线检修机器人运动时受到未知风速影响的状态方程进行转化，未知风速作为非线性系统，构建高压电线检修机器人的抗外部干扰闭环系统；(2)利用神经网络逼近技术对未知风速进行约束，根据约束条件得到误差变量函数；(3)根据反推设计方法，设计虚拟控制律作为抗外部干扰闭环系统的实际输入，设计高压电线检修机器人的转速作为自适应更新律；(4)构建高压电线检修机器人的抗外部干扰闭环系统的李亚普洛夫函数并对其求导，将虚拟控制律和自适应更新律代入李亚普洛夫函数的导数，推算李亚普洛夫函数的导数是否小于等于零，若是，则可以使抗外部干扰闭环系统变量最终有界，继续步骤(5)；若不是，则不能使闭环系统变量最终有界，则返回步骤(3)重新设计虚拟控制律及自适应更新律；(5)针对抗外部干扰闭环系统进行稳定性分析，证明未知风速的约束条件没有被违反，并得到跟踪误差、收敛时间的确定性表达式，确定抗外部干扰闭环系统的误差控制性能满足要求，高压电线检修机器人可以在风速干扰情况下进行稳定的检修。2.根据权利要求1所述高压电线检修机器人的抗外部干扰系统的检测方法，其特征在于，所述步骤(1)高压电线检修机器人的抗外部干扰闭环系统模型如下：x1＝x2+f1(x1)x2＝x3+f2(x1,x2).......x
n
＝u+f
n
(x
n
)y＝x1其中，x
i
∈R
n
为高压电线检修机器人的马达叶片转速，u∈R为控制输入，y∈R为控制输出，f
i
，i＝1、...、n是未知光滑连续函数，为外界未知风速干扰，其中f
i
(0,...,0)＝0。3.根据权利要求2所述高压电线检修机器人的抗外部干扰系统的检测方法，其特征在于，所述步骤(2)的误差变量函数如下所示：其中τ
*
表示网络重构误差，|τ
*
|≤τ
MAX
τ
MAX
是τ
*
的最大值；θ
*
是以|θ
*
|≤θ
MAX
为界的最优权值向量，θ
MAX
是θ
*
的最大值；为光滑有限函数，θ
*T
为θ
*
的转置，上述公式表示利用神经网络对未知风速进行逼近。4.根据权利要求3所述高压电线检修机器人的抗外部干扰系统的检测方法，其特征在于，步骤(3)中虚拟控制律如下：虚拟控制律如下：虚拟控制律如下：
自适应更新律如下：α1，α
i
,u为虚拟控制律，c1,c
i
,c
n
，k为常数，z1,......z
i
‑1,z
k
,z
n
，为误差变量，θ
*
是以|θ
*
|≤θ
MAX
为界的最优权值向量，为θ的估计值，为光滑的有限函数，τ
*
表示网络重构误差，为的导数。5.根据权利要求4所述高压电线检修机器人的抗外部干扰系统的检测方法，其特征在于，虚拟控制律和自适应更新律需要满足的目标包括：目标1：保证高压电线检修机器人及其抗外部干扰系统所有变量都是半全局稳定的，实际转速和未知风速的误差收敛到无限小；目标2：高压电线检修机器人及其抗外部干扰系统所有的变量都确保在约束条件内，不违反全状态约束。6.根据权利要求1所述高压电线检修机器人的抗外部干扰系统的检测方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：靖阳，刘伟，谢滢琦，周孟雄，纪捷，张楚，彭田，孙娜，陈帅，谢金博，殷庆媛，马梦宇，胡代明，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：