本發明公開了一種樹障清理機器人刀具系統滑模控制方法，首先根據刀具系統的電壓平衡方程、電磁轉矩方程和運動方程推導出系統的二階狀態方程；接著根據推導出的刀具系統二階狀態方程，進行刀具系統的滑?？刂坡稍O計；為獲得滑?？刂坡芍兴璧慕o定轉速和實際轉速的微分信號，設計了刀具系統線性擴張狀態觀測器和跟蹤微分器。本發明對刀具系統存在的參數攝動具有很強的適應能力，對刀具系統進行樹障清理作業時所承受的切割轉矩擾動具有很強的抑制能力，并且簡化了控制系統的參數整定工作。

技術領域

本發明屬于機器人與智能系統控制領域，具體涉及一種樹障清理機器人刀具系統滑?？刂品椒ā?/p>

背景技術

隨著我國電網建設規模的不斷擴大，架空輸電線路受到各種外部環境因素侵擾的現象越來越頻繁。為確保電力線路運行的安全，必須及時發現并清除這些外部侵擾因素(如樹障、風箏、鳥巢等)。樹障是輸電線路通道常年存在的一種安全隱患，表現為通道內樹木的不斷增生引發線路對地或相間放電。由樹障放電引起的線路閃絡、電網停電及林區火災等事故屢見不鮮，給電力線路的安全運行帶來了巨大挑戰。

為保證輸電線路的安全運行，必須及時對輸電線路附近的樹障進行清理。目前樹障清理工作主要采用人工作業方式，效率較低，人工成本高，且存在較大的人員安全風險。近年來，人工智能和機器人行業迅速發展，智能機器人正在改變人們的生活和工作方式。為實現樹障清理空中機器人系統作業的穩定高效，必須確保刀具系統具有良好的轉速控制性能。刀具系統內部存在著參數攝動，在清障作業時還受到切割轉矩的擾動，傳統控制方法難以滿足刀具控制系統的性能要求。電機為刀具系統的核心部件，針對電機的參數攝動和外界擾動問題，研究者們提出了多種控制方法，包括智能控制方法、自抗擾控制方法和滑模控制方法等。

現有的控制方法有的雖增強了系統的控制性能和魯棒性，但硬件實現有門檻；有的可有效提高系統的抗擾能力以及系統對于參數攝動的適應能力，但控制規則設計較為困難，且存在控制精度較差的問題；有的需要整定的參數較多，給工程應用帶來不便。盡管國內外對系統存在參數攝動和外界擾動條件下的控制方法的研究已取得較多成果，但未見應用于樹障清理空中機器人的刀具系統控制，且沒有一種可有效減輕實際應用時參數整定工作的壓力，易于工程實現的控制方法。

發明內容

發明目的：本發明針對樹障清理空中機器人刀具系統存在參數攝動以及作業時存在切割轉矩擾動的問題，提出一種樹障清理機器人刀具系統滑?？刂品椒?，保證刀具系統在切割作業時的優良轉速控制性能。

技術方案：本發明所述的一種樹障清理機器人刀具系統滑模控制方法，包括以下步驟：

(1)根據刀具系統的電壓平衡方程、電磁轉矩方程和運動方程，建立刀具系統的二階狀態方程；

(2)在系統二階狀態方程的基礎上，設計刀具系統的滑模控制律；

(3)設計刀具系統的跟蹤微分器，以獲得步驟(2)滑模控制律所需給定轉速的一階、二階微分信號，并通過跟蹤微分器為系統安排過渡過程；

(4)設計刀具系統的線性擴張狀態觀測器，以獲得步驟(2)滑?？刂坡伤璧牡毒呦到y轉速微分信號。

進一步地，步驟(1)中所述的刀具系統的二階狀態方程為：

其中，Ω為刀具系統轉速，r為刀具電機等效電阻，L_X為刀具電機等效電感，J為刀具電機轉動慣量，B為刀具電機粘滯摩擦系數，k_e為刀具電機線反電勢系數，K_T為刀具電機轉矩系數，u為施加在刀具電機兩端的等效輸入電壓，T_l為刀具系統的負載轉矩。

進一步地，步驟(2)所述的滑?？刂坡蔀椋?/p>