【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水下挖沟机控制领域，具体涉及一种水下挖沟机推进系统的推力控制方法、系统及设备。
技术介绍
1、水下挖沟机是一种用于给海底光电缆、油气管道进行挖沟埋设保护的重型作业工具，具有高可靠性、高科技、高价值等特点。机动性能和抗流能力是衡量水下挖沟机性能的重要指标。水下挖沟机在水下工作，能够准确的控制水下挖沟机的运行是十分重要的。
2、相关技术中，对水下挖沟机的控制主要采用遥控控制，通过预设好的遥控指令与挖沟机的输出指令的控制关系对水下挖沟机进行控制。
3、针对上述相关技术，通过遥控控制的时候，由于人为操作的时候，是无法知道每个类型的指令的最大值是多少，因此，经常会出现水下挖沟机的执行动作与给出的操作指令不一致的情况，影响操作体验和水下挖沟机的正常工作。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是提供一种水下挖沟机推进系统的推力控制方法、系统及设备，在手动控制模式下，能够准确的根据操作人员的指令作出相应的动作，在自动模式下，最大程度跟踪控制指令需求，同时降低推进器总功率输出。
2、一种水下挖沟机推进系统的推力控制方法，所述水下挖机包括4个推进器，包括：
3、获取水下挖机的操作模式，所述操作模式包括手动操作和自动操作；
4、当所述操作模式为手动操作时，获取操作手柄的操作指令，所述操作指令包括x轴方向的手柄操作指令、y轴方向上的手柄操作指令以及旋转指令；
5、获取推进系统的推力与操作指令的输入输出关系；>
6、根据所述输入输出关系以及推力分配矩阵，得到推进器输出；
7、设定x轴方向的手柄操作指令以及y轴方向上的手柄操作指令与水下挖沟机的稳定速度关系；
8、根据所述推进器输出以及所述稳定速度关系，得到推进器角度；
9、根据所述推进器输出以及推进器角度，得到推进系统的控制指令；
10、获取操作指令的约束条件；
11、根据所述约束条件以及所述控制指令，得到4个推进器的最优控制指令。
12、可选的，推进系统的推力与操作指令的输入输出关系表示为：
13、fx＝(f1+f2+f3+f4)×cosγ
14、fy＝(f1-f2+f3-f4)×sinγ
15、tr＝(f1-f2-f3+f4)×(cosγ×ca+sinγ×cb)
16、其中，fx表示总推力在机器人坐标系x轴方向上的分量，fy表示总推力在机器人坐标系y轴方向上的分量，tr表示四个推进器在机器人上产生的旋转力矩，f1、f2、f3和f4分别表示4个推机器的推力值，γ为推进器的推进器角度，ca和cb表示4个推进器所在位置与挖沟机器人中心的相对位置关系在机器人坐标系上的投影距离，其中γ∈[0,90]，fx∈[-fmax,fmax]，x＝1,2,3,4。
17、可选的，所述根据所述输入输出关系以及推力分配矩阵，得到推进器输出包括：
18、所述推力分配矩阵为：
19、
20、其中，和分别表示4个推进器的控制指令，jx表示机器人坐标系x轴方向的手柄操作指令，jy表示机器人坐标系y轴方向上的手柄操作指令，jr表示旋转手柄操作指令；
21、根据所述输入输出关系以及推力分配矩阵，得到推进器输出为：
22、
23、其中，k表示推进器推力与其指令的比例系数。
24、可选的，所述设定x轴方向的手柄操作指令以及y轴方向上的手柄操作指令与水下挖沟机的稳定速度关系包括：
25、x轴方向的手柄操作指令以及y轴方向上的手柄操作指令与水下挖沟机的稳定速度关系为：
26、vx＝k1jx
27、vy＝k1jy；
28、其中，k1表示手柄指令和期望速度之间的比例系数；
29、在满足x轴方向的手柄操作指令以及y轴方向上的手柄操作指令与水下挖沟机的稳定速度关系的条件下，挖沟机水阻力与操作指令关系如下：
30、fx＝rx
31、fy＝ry；
32、
33、
34、其中，rx和ry分别为挖沟机在x轴和y上的期望速度vx和vy下对应的阻力分量，cx为无量纲阻力系数，ρa为流体密度，ax和ay为挖沟机在机器人坐标系x轴和y轴方向的等效横截面积。
35、可选的，所述根据所述推进器输出以及所述稳定速度关系，得到推进器角度包括：
36、将所述稳定速度关系代入所述推进器输出中，得到推进器角度；
37、所述推进器角度表示为：
38、
39、其中，ax和ay为挖沟机在机器人坐标系x轴和y轴方向的等效横截面积，jx表示机器人坐标系x轴方向的手柄操作指令，jy表示机器人坐标系y轴方向上的手柄操作指令。
40、可选的，所述约束条件以及所述控制指令，得到4个推进器的最优控制指令包括：
41、所述约束条件为：
42、
43、所述推进系统的控制指令表示为：
44、
45、其中，以及为通过求解优化问题得到的最优推进器分配值，γ*为通过求解以上优化问题得到的最优推进器角度旋转值；
46、根据所述约束条件对推进系统的控制指令求解，得到4个推进器的最优控制指令。
47、可选的，当所述操作模式为自动模式时，获取定位控制器的控制指令，所述定位控制器用于发出指令控制所述水下挖沟机动作；
48、获取控制需求，所述控制需求为最大程度跟踪控制指令以及最小化推进器总功率输出；
49、根据所述控制需求，得到控制指令和输出指令的关联关系，所述关联关系表示为：
50、
51、其中，j2为挖沟机自动控制模式下的推进器分配策略评价指标，fcmdx、fcmdy、tcmdr为rov运动控制系统输出的控制指令；
52、设置自动控制的自动约束条件；
53、根据所述自动约束条件以及所述关联关系，得到4个推进器的最优控制指令。
54、一种水下挖沟机推进系统的推力控制系统，包括：
55、第一获取模块，用于获取水下挖机的操作模式，所述操作模式包括手动操作和自动操作；
56、选择模块，用于当所述操作模式为手动操作时，获取操作手柄的操作指令，所述操作指令包括x轴方向的手柄操作指令、y轴方向上的手柄操作指令以及旋转指令；
57、第二获取模块，用于获取推进系统的推力与操作指令的输入输出关系；
58、第一计算模块，用于根据所述输入输出关系以及推力分配矩阵，得到推进器输出；
59、设定模块，用于设定x轴方向的手柄操作指令以及y轴方向上的手柄操作指令与水下挖沟机的稳定速度关系；
60、第二计算模块，用于根据所述推进器输出以及所述稳定速度关系，得到推进器角度；
61、第三计算模块，用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水下挖沟机推进系统的推力控制方法，所述水下挖机包括4个推进器，其特征是，包括：
2.如权利要求1所述的水下挖沟机推进系统的推力控制方法，其特征是，推进系统的推力与操作指令的输入输出关系表示为：
3.如权利要求2所述的水下挖沟机推进系统的推力控制方法，其特征是，所述根据所述输入输出关系以及推力分配矩阵，得到推进器输出包括：
4.如权利要求1所述的水下挖沟机推进系统的推力控制方法，其特征是，所述设定X轴方向的手柄操作指令以及Y轴方向上的手柄操作指令与水下挖沟机的稳定速度关系包括：
5.如权利要求4所述的水下挖沟机推进系统的推力控制方法，其特征是，所述根据所述推进器输出以及所述稳定速度关系，得到推进器角度包括：
6.如权利要求5所述的水下挖沟机推进系统的推力控制方法，其特征是，所述约束条件以及所述控制指令，得到4个推进器的最优控制指令包括：
7.如权利要求1所述的水下挖沟机推进系统的推力控制方法，其特征是，包括：
8.一种水下挖沟机推进系统的推力控制系统，其特征是，包括：
9.一种终
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器加载并执行时，采用如权利要求1至7中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种水下挖沟机推进系统的推力控制方法，所述水下挖机包括4个推进器，其特征是，包括：
2.如权利要求1所述的水下挖沟机推进系统的推力控制方法，其特征是，推进系统的推力与操作指令的输入输出关系表示为：
3.如权利要求2所述的水下挖沟机推进系统的推力控制方法，其特征是，所述根据所述输入输出关系以及推力分配矩阵，得到推进器输出包括：
4.如权利要求1所述的水下挖沟机推进系统的推力控制方法，其特征是，所述设定x轴方向的手柄操作指令以及y轴方向上的手柄操作指令与水下挖沟机的稳定速度关系包括：
5.如权利要求4所述的水下挖沟机推进系统的推力控制方法，其特征是，所述根据所述推进器输出以及所述稳定速度关系，得到推进器角度包括：...
【专利技术属性】
技术研发人员：张定华，朱迎谷，涂绍平，张中华，郭园园，李忻阳，王勇，卢昆银，
申请(专利权)人：上海中车艾森迪海洋装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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