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龙图腾网获悉江苏科技大学申请的专利一种基于多电机协同的水下推进器控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115185186B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-25发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210926672.X，技术领域涉及：G05B13/04；该发明授权一种基于多电机协同的水下推进器控制方法是由王伟然;翟吉阳;朱志宇;杨冠军;张芊;戴晓强;葛慧林;朱安宏;谷丽丽;贡涵设计研发完成，并于2022-08-03向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于多电机协同的水下推进器控制方法在说明书摘要公布了：本发明属于水下机器人电力推进控制技术领域，具体地说，是一种基于多电机协同的水下推进器控制方法，该方案提出推力归一化降维分配方法，降低矩阵维数，简化多电机控制的复杂性，实现多电机差速控制。本发明针对这种多电机协同控制系统，提出采用指数衰减转矩观测器来反馈从动轴推进电机的转速，以解决水下机器人不能安装转矩传感器，但主轴方法对转矩检测精度要求较高的矛盾，保证多电机的比例协调同步过程，具有较强的抗扰动能力。

本发明授权一种基于多电机协同的水下推进器控制方法在权利要求书中公布了：1.一种基于多电机协同的水下推进器控制方法，其特征在于，以多电机主从轴协同控制方法为基础，由主轴推力归一化降维分配方法结合从动轴推进电机的指数衰减转矩观测器组成，包括以下步骤： 步骤一：多电机主从轴协同方法，以从动轴推进电机的实时估算转矩为反馈，主轴通过反馈调节和速度分配来控制从动轴推进电机的差速协同运动； 步骤二：提出推力归一化降维分配方法，通过分解上位机的推力指令，以贡献系数向量为基础设计推力归一化降维分配方法； 步骤三：设计指数衰减转矩观测器，根据电流转速测量误差构造转矩扩展方程，考虑系统的速度与精度要求，设计具有干扰抑制增益与指数衰减率的转矩观测器来高速估算实时转矩，并将其直接反馈给主轴与从动轴控制器； 步骤四：通过整合步骤一、二、三，提出基于多电机协同的水下推进器控制方法，设计水下机器人动力推进控制系统结构，最终给出完整的水下机器人多电机协同控制系统，所述水下机器人动力推进控制系统结构由一个主轴控制器和多个从动轴控制器组成，所述主轴控制器连接到一个虚拟电机，每个从动轴控制器都连接有一个指数衰减转矩观测器和一个电机控制系统； 在所述步骤二，推力归一化降维分配方法中，根据螺旋桨转速与推力的关系，建立期望推力分布公式： 在式1中，VA是进速，D是螺旋桨直径，R·ω是螺旋桨速度，R是变速箱减速比，ω电机转速，KP是扭矩系数，ρ是船体所在水域的液体密度； F＝BPd2 在式2中，F＝[XYZKMN]T是由推进器组成的水下机器人的六自由度推力和力矩矢量，B是推进器的矢量排列矩阵， Pd＝[P1P2P3…PN]T是每个推进器的推力； 在所述步骤二中，当控制器对水下机器人下达各自由度控制指令时，将水下机器人各自由度需求指令组成的向量与每个推进器自由度对应的贡献系数向量做内积，结果即为推进器在此自由度方向上的控制指令； 自由度需求指令向量的计算规则如下： 设定第i台推进器Ti沿其布置方向最大推力可表示为Pimaxi＝1,2,3， 得到推力矢量pimax＝Pxi，Pyi，Pzi，推力作用点在体坐标系中的坐标为xi，yi，zi，第i台推进器Ti在三个平移自由度中的贡献系数由和表示，所以推进器Ti在三个自由度中贡献系数为 三个旋转自由度的贡献系数由和表示， 由每个推进器的贡献系数向量组成的贡献系数矩阵为 在式5中，Pdi是简化后的三台电机的推力矢量，电机的转速参考值可由公式1中获得，将水下机器人所有的推进器在体坐标下等效为x，y，z轴水平安装的三台推进电机，轨迹跟踪与抵御外部湍流干扰即可简化为三台电机实时转速控制； 在所述步骤二中，根据比例同步要求，定义初始比例系数：v1:v2:v3＝μ1:μ2:μ3，比较三台电机的输入速度，将最高转速轴定义为ω*，将比例系数最大的电机μk＝maxμ1,μ2,μ3定义为主轴转速参考值： ω*＝ωmaxωd＝ωmaxωd1,ωd2,ωd36 式6中，ωd1，ωd2和ωd3是三台电机的参考速度，v1、v2、v3是电机的在x、y、z方向上产生的船体推进速度； 计算比例因子μi，将最大速度设置为参考值： 经过归一化计算后各从动轴的参考转速为： 式8中，为各从动轴的参考旋转角速度；ω对应主轴的角速度，从动轴的反馈转矩为 式9中，br为阻尼增益，Kr为刚度增益，Kir为积分刚度增益，为各从动轴的参考旋转角位移，θi为实际旋转角位移，θ对应主轴转角； 水下机器人在大幅度路径改变时对多电机的异速协同有较高要求，多电机主从轴协同控制通过建立传动特性与实际机械轴相同的主轴来模拟实际机械轴，将实际从动轴上的负载力反馈给主轴，通过主轴控制器的计算，使得主轴与实际从动轴之间实现扭矩平衡，主轴驱动力矩公式如下： 式10中，Tref为主轴驱动力矩，b为主轴衰减系数，Km为主轴的输入端的弹性参数，ω*为理论设定角速度，ω为主轴角速度，其动力学方程为： 式11中，Trefi为各实际从动轴电机反馈力矩，ω和θ分别对应主轴的角速度和转角，J为主轴的转动惯量，主轴控制器通过反馈调节和速度分配来控制多电机驱动系统的同步运动； 在所述步骤三中，以测量误差建立转矩拓展状态方程，选择优化函数来获得观测器的干扰抑制率与指数衰减率，将观测器计算转矩值反馈给主轴与从动轴控制器，具体包括以下流程： 考虑到外部水流干扰与动态响应延时所造成的测量误差，建立转矩扩展状态方程： 令C1＝[01]，C2＝[10]，D2＝[01]， 其中，ewi是电流测量误差，是iqi测量值，ewω是速度测量误差，状态观测器设计为： 式11中，y为转速测量值，y＝C2x+D2wi，z为负载转矩值TLi； 令可得： 考虑选取Lyapunov函数Vt＝eε TPeε，其中P＝PT＞0是正定矩阵； 在零初始状态下，选择性能函数如下： 式13中， 当Q0，有J0，||Δz||2＜γ||wi||2适用于任何wi≠0，相当于||GΔzw||＜γ，求解Q0，可得到观测器的干扰抑制增益K； 为满足水下机器人的轨迹实时调整要求，还要求观测器具有足够快速的动态响应速度：当测量干扰wi＝0，Lyapunov函数Vs＝eε TPeε的时间导数为： Vs＝eε TPA-KC2+A-KC2TPeε15 设定存在标量α＞0令： 设定观测误差eεt0在t0时刻，得到： 式17中，λP是P矩阵的特征值，当式17成立时，标量α表示观测误差的指数衰减率。

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