深海起重机系统的实时轨迹规划方法.docx

深海起重机系统在海洋工程中的应用越来越广泛，特别是在海底资源开采和水下作业中起着关键作用。然而，由于其欠驱动的特性，即负载摆角的不可直接控制，使得控制和轨迹规划变得复杂。欠驱动系统在多个领域都有应用，如机械臂、下肢外骨骼、无人机和各类起重机系统。本文主要研究的是欠驱动桥式起重机在深海环境中的轨迹规划问题。 深海起重机系统不仅面临着复杂的非线性与耦合性问题，还必须应对水下环境中的水流作用力，这些因素都增加了控制的难度。轨迹规划作为一种有效的控制策略，已经成为解决此类问题的关键。轨迹规划方法通过设计合适的输入输出序列，优化系统的能耗、提高运输效率，并确保吊运的平稳性和准确性。已有研究针对陆地起重机系统提出了各种基于轨迹规划的控制方案，如双摆起重机的时间最优消摆方法、能量最优的轨迹规划等，但这些方法大多需要离线计算，无法满足实时性的需求。 针对这一挑战，本文提出了一种新颖的实时轨迹规划方法，适用于深海起重机系统，无需对非线性模型进行线性化近似。这种方法考虑了水流对负载的影响，特别是对于柔性物体（如核燃料棒）的动态特性。通过理论分析和仿真验证，该方法能够实现台车的精确定位，抑制负载的摆动，并具有良好的抗干扰能力和实时性。当台车的目标位置改变时，可以快速在线调整规划轨迹，提高作业效率。 文章的结构包括对深海起重机系统的动力学模型介绍，详细阐述实时轨迹规划的方法，以及通过仿真验证所提方法的有效性和性能。这种创新的实时轨迹规划方法有望解决深海起重机在水下作业中的控制难题，提高深海工程的效率和安全性。未来的研究可能进一步探索如何将这种方法应用于更复杂的深海环境，或者优化其适应不同工况的能力。