變電站帶電作業水沖洗機器人及其液壓系統控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及液壓控制領域，特別是指一種變電站帶電作業水沖洗機器人及其液壓 系統控制方法。
【背景技術】
[0002] 變電站絕緣子串裸露在戶外環境時，需要定期的對表面的工業污穢和自然污穢進 行清掃沖洗，以防止由于污穢的積累，在雨霧等惡劣天氣發生污閃現象，造成停電等事故。 目前國內帶電沖洗作業大都采用人工沖洗的方式，由人工手持沖洗桿，采用兩槍或三槍跟 蹤沖洗方法進行水沖洗作業，這種沖洗方法對操作人員的技術要求很高，勞動強度大，工作 效率低，存在一定的安全隱患，采用變電站帶電作業水沖洗機器人代替人工清洗，能夠減輕 人工作業強度，提高操作安全性，沖洗效率高。
[0003] 考慮變電站帶電作業特殊環境，變電站帶電作業水沖洗機器人采用全液壓驅動與 控制，水沖洗機器人在帶電作業時，極易發生較大的抖動，穩定性低、控制精度不高。傳統的 控制方法雖然簡單、整定參數方便，但是卻因負載、流量等參數的變化而無法獲得快速、高 精度、自適應跟蹤好的動態效果。再加上系統本身中有一些非線性的液壓元件，這勢必影響 了系統的瞬時響應特性，降低了系統的動態性能和時變性能。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題是提供一種變電站帶電作業水沖洗機器人及其液壓系 統控制方法，它能夠使變電站帶電作業的水沖洗機器人更穩定可靠的帶電作業，以提高系 統的控制精度和抗干擾能力。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明提供技術方案如下：
[0006] 一方面，提供一種變電站帶電作業水沖洗機器人，包括液壓系統，所述液壓系統包 括柴油發動機、液壓栗、液壓比例閥、液壓馬達、支腿油缸、變幅油缸、伸縮油缸、俯仰油缸、 擺動油缸、傳感器、運動控制器和驅動放大器，其中：
[0007] 所述柴油發動機為整機提供動力源，所述柴油發動機的動力輸出通過聯軸器連接 有變量柱塞栗；
[0008] 所述液壓栗經所述液壓比例閥與所述液壓馬達、支腿油缸、變幅油缸、伸縮油缸、 俯仰油缸以及擺動油缸相連接；
[0009] 所述傳感器監控所述液壓馬達、支腿油缸、變幅油缸、伸縮油缸、俯仰油缸以及擺 動油缸的運動信息，反饋到所述運動控制器，所述運動控制器經所述驅動放大器控制所述 液壓比例閥的開度。
[0010] 另一方面，提供一種上述變電站帶電作業水沖洗機器人的液壓系統控制方法，包 括：
[0011] 步驟1 :實時檢測并獲取所述變電站帶電作業水沖洗機器人運動的位置誤差e以 及位置誤差變化率作為模糊控制系統的輸入量； di
[0012] 步驟2 :將所述模糊控制系統的輸入量進行模糊化處理得到位置誤差模糊變量值 E以及位置誤差變化率模糊變量值EC ;
[0013] 步驟3 :根據模糊推理算法和模糊控制規則對所述位置誤差模糊變量值E以及位 置誤差變化率模糊變量值EC進行推理，得到模糊輸出量；
[0014] 步驟4 :將所述模糊輸出量采用加權平均法進行解模糊，得到清晰控制量Kp、Kp Kd; rjp:
[0015] 步驟5 :將所述位置誤差e、位置誤差變化率丁以及清晰控制量送入PID調節器以 翻 實時對變電站帶電作業水沖洗機器人的液壓系統進行自適應調整。
[0016] 本發明具有以下有益效果：
[0017] 本發明中，清晰控制量經驅動放大器可以對變電站帶電作業水沖洗機器人尤其是 其液壓比例閥的開度進行較精確控制，不但保留了傳統PID控制的優點，同時又增加了模 糊控制算法的優點，使變電站帶電作業水沖洗機器人在變電站內進行沖洗作業的特殊工況 下，具有自適應的調整能力，以及在控制精度上和穩定性上都有了較大提高，增強了可靠 性、抗干擾能力，具有一定的魯棒性。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明的變電站帶電作業水沖洗機器人的液壓系統的結構示意圖；
[0019] 圖2為本發明的變電站帶電作業水沖洗機器人的液壓系統控制方法的原理示意 圖；
[0020] 圖3為本發明的變電站帶電作業水沖洗機器人的液壓系統控制方法中位置誤差 模糊變量值E隸屬度函數示意圖；
[0021] 圖4為本發明的變電站帶電作業水沖洗機器人的液壓系統控制方法中位置誤差 變化率模糊變量值EC隸屬度函數示意圖；
[0022] 圖5為本發明的變電站帶電作業水沖洗機器人的液壓系統控制方法中模糊輸出 量Kp隸屬度函數示意圖；
[0023] 圖6為本發明的變電站帶電作業水沖洗機器人的液壓系統控制方法中模糊輸出 量Ki隸屬度函數示意圖；
[0024] 圖7為本發明的變電站帶電作業水沖洗機器人的液壓系統控制方法中模糊輸出 量Kd隸屬度函數示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具 體實施例進行詳細描述。
[0026] -方面，本發明提供一種變電站帶電作業水沖洗機器人，包括液壓系統，如圖1所 示，液壓系統包括柴油發動機11、液壓栗12、液壓比例閥13、液壓馬達21、支腿油缸22、變幅 油缸23、伸縮油缸24、俯仰油缸25、擺動油缸26、傳感器27、運動控制器31和驅動放大器 32,其中：
[0027] 柴油發動機11為整機提供動力源，柴油發動機11的動力輸出通過聯軸器連接有 變量柱塞栗（未示出）；
[0028] 液壓栗12經液壓比例閥13與液壓馬達21、支腿油缸22、變幅油缸23、伸縮油缸 24、俯仰油缸25以及擺動油缸26相連接；
[0029] 傳感器27監控液壓馬達21、支腿油缸22、變幅油缸23、伸縮油缸24、俯仰油缸25 以及擺動油缸26的運動信息，反饋到運動控制器31，運動控制器31經驅動放大器32控制 液壓比例閥13的開度，以實現對水沖洗機器人的較精準的控制。
[0030] 本發明中，液壓油可以從油箱經吸油濾油器進入水沖洗機器人的機械臂液壓控制 油路，再經回油濾油器流回油箱。液壓比例閥通過開度控制液壓油量，液壓馬達主要控制水 沖洗機器人的移動，支腿油缸控制機器人前、后兩側支腿伸縮運動，變幅油缸、伸縮油缸、俯 仰油缸以及擺動油缸控制機械臂的伸縮、俯仰和擺動。
[0031] 如圖2所示，變電站水沖洗機器人的液壓系統通過運動控制器經驅動放大器控制 液壓比例閥的開度精確的實現大臂旋轉、大臂俯仰、小臂伸縮、平臺俯仰、平臺旋轉、車體的 移動以及支腿的伸縮，并且可以在機械臂的各個關節安裝傳感器（如旋轉編碼器及拉線編 碼器），以實時監控水沖洗機器人的運動信息，傳感器檢測的運動信息（實際大臂旋轉、大 臂俯仰、小臂伸縮、平臺俯仰、平臺旋轉、車體的移動以及支腿的伸縮的旋轉角度與伸縮量） 與給定的理想運動目標位置對比，采用模糊PID控制方法進行較精確穩定的控制水沖洗機 器人的運動，具體控制方法將在后面詳細描述。
[0032] 本發明中，液壓比例閥優選采用電磁比例閥，具體可以采用美國danfoss公司的 比例閥PVG32,控制電壓的范圍為0-12V，6V為中位，此時液壓比例閥控制液壓馬達停止運 動；當輸入電壓大于6V時，控制液壓馬達正向旋轉，且輸入電壓偏離中位電壓越多，馬達旋 轉速度越快，當輸入電壓小于6V時，控制液壓馬達反向旋轉，且輸入電壓偏離中位電壓越 多，馬達旋轉速度越快；運動控制器優選采用四軸及以上多軸運動控制器，具體可以采用英 國TRIO公司的運動控制器，通過控制器I/O輸出口與各關節液壓比例閥輸入口連接，通過 控制TRIO控制器輸出口的輸出電壓，實現機器人液壓執行機構的運動方向及速度的較精 確控制。
[0033] 例如：針對大臂旋轉進行較精確的實現控制，TRIO運動控制器可以發送大臂旋轉 指令，經驅動放大器控制液壓比例閥的開度，實現大臂的旋轉，安裝的角度傳感器（旋轉編 碼器）實時監控大臂旋轉信息，該信息與給定的理想旋轉目標信息R對比，將旋轉誤差E采 用模糊PID控制方法進行較精確的調節，TRIO運動控制器通過驅動放大器控制液壓比例閥 的開度，控制液壓油進出的多少快慢，實現對水沖洗機器人大臂旋轉的調節。
[0034] 另一方面，本發明提供一種變電站帶電作業水沖洗機器人的液壓系統控制方法， 需要說明的是，該控制方法既可以應用于上述的變電站帶電作業水沖洗機器人，也可以應 用類似的其他控制環境，均不影響本發明技術方案的實施。如圖2所示，該控制方法包括：
[0035] 步驟1 :實時檢測并獲取所述變電站帶電作業水沖洗機器人運動的位置誤差e以 及位置誤差變化率作為模糊控制系統的輸入量； Cli
[0036] 本步驟中，水沖洗機器人的運動可以是實際大臂旋轉、大臂俯仰、小臂伸縮、平臺 俯仰、平臺旋轉、車體的移動以及支腿的伸縮的旋轉角度與伸縮量中的任意一種或幾種；模 糊控制系統即是指圖2中所示的模糊化、模糊推理和解模糊三個模塊所組成的系統。
[0037] 步驟2 :將所述模糊控制系統的輸入量進行模糊化處理得到位置誤差模糊變量值 E以及位置誤差變化率模糊變量值EC ;
[0038] 本步驟中，可以采用本領域技術人員公知的各種模糊化手段，均不影響本發明技 術方案的實施，此處不再贅述。
[0039] 步驟3 :根據模糊推理算法和模糊控制規則對所述位置誤差模糊變量值E以及位 置誤差變化率模糊變量值EC進行推理，得到模糊輸出量；
[0040] 步驟4 :將所述模糊輸出量采用加權平均法進行解模糊，得到清晰控制量Kp、Kp Kd;
[0041] 步驟5 :將所述位置誤差e、位置誤差變化率i以及清晰控制量送入PID調節器以 C^-? 實時對變電站帶電作業水沖洗機器人的液壓系統進行自適應調整。
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