張秋雁，許昌亮，曾華榮，楊忠，陳科羽，廖祿偉，李捷文，徐浩

(1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550002；2.南京曉莊學(xué)院 電子工程學(xué)院，江蘇 南京 211171；3.南京航空航天大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，江蘇 南京 211106；4.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司輸電運(yùn)行檢修分公司，貴州 貴陽(yáng) 550002)

輸電線路障礙物是威脅輸電線路安全的主要因素之一，最常見的輸電線路障礙物為各種附著于輸電線路上的漂浮物。該類障礙物給電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)帶來(lái)顯著安全威脅。因線路障礙物引發(fā)相間短路、相地短路而導(dǎo)致的停電事故時(shí)有發(fā)生，對(duì)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)、科學(xué)研究和國(guó)民生活帶來(lái)嚴(yán)重影響，造成的經(jīng)濟(jì)損失難以估計(jì)[1-2]。為此，線路障礙物清理成為必要工作，以確保電網(wǎng)工作正常。目前的清理工作主要采用人工作業(yè)方式，此方式效率較低、人工成本高，且無(wú)法保障操作人員的安全。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文提出一種使用空中機(jī)器人平臺(tái)搭載清理刀具系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行障礙物清理作業(yè)的清障思路。近年來(lái)，以無(wú)人飛行器為載體的作業(yè)型機(jī)器人逐漸受到更多學(xué)者關(guān)注。作業(yè)型機(jī)器人[3-5]通過(guò)攜帶作業(yè)機(jī)構(gòu)對(duì)所處環(huán)境施加主動(dòng)影響來(lái)完成特定任務(wù)，但尚未見用于高壓線路異物清除領(lǐng)域。2017年國(guó)網(wǎng)蘇州供電公司研制了一種使用火燒清除方式的高壓輸電線路異物無(wú)人機(jī)清除裝置。

調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的幾類輸電線路異物清理機(jī)器人存在如下問(wèn)題：

a)地面部署的清理作業(yè)機(jī)器人普遍設(shè)備體積較大，部署時(shí)受到地形的限制，整體作業(yè)效率不高，且?guī)щ娮鳂I(yè)的防護(hù)措施要求更高。

b)爬線方式的清理作業(yè)機(jī)器人對(duì)多股高壓導(dǎo)線的適應(yīng)性不足，難以實(shí)現(xiàn)快速上下線路，因而部署不方便，能源更換或補(bǔ)充嚴(yán)重受限，可行性不高。

c)對(duì)可飛行的清理作業(yè)機(jī)器人的研究較少，面向的障礙物種類較為單一，缺少接觸類型清障作業(yè)方案；此外，噴火除異物機(jī)器人還存在著明顯的安全隱患，如導(dǎo)線高溫受損和未燃盡異物飄落易引發(fā)次生火災(zāi)。

受上述研究工作的啟發(fā)，提出一種輸電線路障礙物清理機(jī)器人。使用此種方式進(jìn)行清理任務(wù)不僅可以提高清障效率，而且能保障操作人員的安全。作為空中機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，刀具系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。為保證刀具系統(tǒng)高效、平穩(wěn)作業(yè)，要對(duì)刀具系統(tǒng)的控制性能要求較高。然而，刀具系統(tǒng)存在參數(shù)攝動(dòng)，且在清理作業(yè)時(shí)存在負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)，傳統(tǒng)控制方法難以達(dá)到系統(tǒng)對(duì)于控制性能的需求。

刀具電動(dòng)機(jī)為刀具系統(tǒng)的核心部件，針對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的參數(shù)攝動(dòng)和外界擾動(dòng)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了不少解決方法。適應(yīng)性強(qiáng)是模糊控制的特點(diǎn)，精度較高是比例積分微分(proportion integration differentiation，PID)控制的優(yōu)勢(shì)，文獻(xiàn)[6]將這二者結(jié)合起來(lái)，在線更新控制器的參數(shù)，提高了控制系統(tǒng)的抗擾性能；但該控制器的模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。文獻(xiàn)[7]提出一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PI控制方法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)梯度下降法在線整定PI控制器的參數(shù)，有效提高了系統(tǒng)對(duì)于參數(shù)攝動(dòng)的適應(yīng)能力；但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)對(duì)控制器處理器的計(jì)算速度要求較高，硬件實(shí)現(xiàn)存在門檻。文獻(xiàn)[8]引入模型參考的思想，并應(yīng)用于自適應(yīng)控制，采用popov理論設(shè)計(jì)自適應(yīng)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)給定值的有效跟隨，且提高了系統(tǒng)的自適應(yīng)能力；但自適應(yīng)控制方法存在對(duì)系統(tǒng)負(fù)載快速變化過(guò)于敏感的缺點(diǎn)。文獻(xiàn)[9]采用滑?？刂苼?lái)解決無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制問(wèn)題，為了提高控制效果，設(shè)計(jì)了一種指數(shù)趨近律，取得了較好的抗擾性能和魯棒性；但滑?？刂品椒ǖ亩墩駟?wèn)題沒(méi)有得到解決。文獻(xiàn)[10]設(shè)計(jì)了2個(gè)一階自抗擾控制(active disturbance rejection control，ADRC)控制器，提高了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的抗擾性能和魯棒性；但ADRC在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中涉及到的參數(shù)較多，調(diào)節(jié)過(guò)程復(fù)雜，增加了實(shí)際工程應(yīng)用的難度。

在控制理論研究進(jìn)程中，不論是理論研究[11-14]還是工程實(shí)現(xiàn)方面[15-18]，基于自抗擾思想的控制研究成果持續(xù)出現(xiàn)。常規(guī)的非線性自抗擾控制(nonlinear ADRC，NLADRC)存在較為明顯的不足，即有效且成功運(yùn)行的控制器內(nèi)需要整定的參數(shù)較多，在實(shí)際工程應(yīng)用中參數(shù)調(diào)節(jié)的過(guò)程很復(fù)雜。為此，文獻(xiàn)[19]討論了一種基于帶寬的ADRC方案，實(shí)現(xiàn)了線性思想的自抗擾控制。為有效提高刀具系統(tǒng)對(duì)清障作業(yè)時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)的抑制能力和對(duì)系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)的適應(yīng)能力，同時(shí)簡(jiǎn)化刀具控制系統(tǒng)的參數(shù)整定工作，本文提出了刀具系統(tǒng)的線性自抗擾控制(linear ADRC，LADRC)方法。

首先，介紹異物清理機(jī)器人系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)以及刀具系統(tǒng)的組成；接著，根據(jù)刀具系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理和清障作業(yè)的擾動(dòng)分析，建立在切割作業(yè)擾動(dòng)條件下的刀具系統(tǒng)二階狀態(tài)方程；然后，確定具有線性特點(diǎn)的ADRC控制律，并通過(guò)數(shù)學(xué)方法證明所采用的線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(linear extended state observer，LESO)的收斂性和ADRC方法的穩(wěn)定性；最后，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)和物理實(shí)驗(yàn)對(duì)所設(shè)計(jì)的LADRC控制器的控制效果、魯棒性和抗擾動(dòng)性能進(jìn)行驗(yàn)證。

1 刀具系統(tǒng)組成及數(shù)學(xué)模型

輸電線路障礙物清理機(jī)器人通過(guò)其機(jī)身下方的機(jī)械臂帶載刀具系統(tǒng)進(jìn)行輸電線路障礙物清理任務(wù)，整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)如圖1所示。刀具系統(tǒng)與清理機(jī)器人之間存在通信鏈路和供電系統(tǒng)的連接，電氣線要從機(jī)械臂中穿過(guò)，因此刀具系統(tǒng)與機(jī)械臂之間的接口要綜合考慮機(jī)械和電氣2種方式，以實(shí)現(xiàn)刀具系統(tǒng)的快速更換。

圖1 高壓線障礙物清理機(jī)器人系統(tǒng)示意圖

本文研究的刀具系統(tǒng)的應(yīng)用背景是安裝在高壓輸電線路障礙物清理機(jī)器人本體上，在研發(fā)過(guò)程中需要考慮機(jī)器人在高壓線附近強(qiáng)電磁環(huán)境下的電磁兼容問(wèn)題，采取的對(duì)策是在機(jī)器人的電路板和信號(hào)線周圍設(shè)置屏蔽層。

1.1 刀具系統(tǒng)組成

刀具系統(tǒng)主要由刀具架、刀具電動(dòng)機(jī)和圓盤鋸及刀具系統(tǒng)控制器組成，如圖2所示。考慮到圓盤鋸質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和易于驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，刀具系統(tǒng)選用圓盤鋸作為清障作業(yè)的刀鋸。圓盤鋸采用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的螺絲軸與圓盤鋸的盤鋸?qiáng)A通過(guò)螺紋鎖定的方式連接并安裝于刀具架的前部，刀具架上下板采用碳纖維材料。為了使清障作業(yè)時(shí)待切割障礙物能快速進(jìn)入刀具系統(tǒng)的有效切割范圍，設(shè)計(jì)了安裝在刀具架下板前部的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。刀具系統(tǒng)控制器放置于刀具架內(nèi)部，通過(guò)螺釘與刀具架固連。刀具控制器上有轉(zhuǎn)速和電流傳感器模塊，獲取到的轉(zhuǎn)速和電流信息可用來(lái)檢測(cè)刀具系統(tǒng)的作業(yè)狀態(tài)。

圖2 刀具系統(tǒng)

1.2 刀具系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

刀具系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用的是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。刀具電動(dòng)機(jī)的三相繞組采用Y型連接方式，其調(diào)速方法通過(guò)脈寬調(diào)制(pulse width modulation，PWM)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制。為了簡(jiǎn)化分析過(guò)程，對(duì)刀具系統(tǒng)作如下幾點(diǎn)假設(shè)：①忽略電動(dòng)機(jī)電樞反應(yīng)，將氣隙磁場(chǎng)和反電動(dòng)勢(shì)均視為理想梯形波；②忽略刀具系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)無(wú)齒槽效應(yīng)，刀具系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)電樞上的導(dǎo)體遍布是理想均勻狀態(tài)；③不計(jì)電動(dòng)機(jī)鐵芯飽和，忽略電動(dòng)機(jī)損耗和雜散損耗；④系統(tǒng)電子元器件的開關(guān)特性處于理想狀態(tài)。

刀具電動(dòng)機(jī)的相電壓可以分為2個(gè)部分，一部分是電阻產(chǎn)生的壓降，另一部分是來(lái)自繞組的感應(yīng)形成的電勢(shì)，結(jié)合磁鏈、磁通等關(guān)系式，可推導(dǎo)出三相繞組電壓平衡方程為

(1)

式中：ua、ub、uc為刀具電動(dòng)機(jī)的相電壓(V)；r為相電阻(Ω)；ia、ib、ic為相電流(A)；ea、eb、ec為刀具電動(dòng)機(jī)相繞組感應(yīng)電勢(shì)(V)；L為刀具電動(dòng)機(jī)的各個(gè)相繞組產(chǎn)生的自感(H)，M為兩相繞組間形成的互感(H)；D為微分算子。

在每個(gè)時(shí)刻只有兩相導(dǎo)通，假設(shè)繞組電流在換相過(guò)程中產(chǎn)生的波動(dòng)微小到可以不計(jì)，同時(shí)系統(tǒng)二極管工作時(shí)的壓降和續(xù)流也均可省略，則系統(tǒng)電路的電壓可表示為

(2)

式中：ue為電動(dòng)機(jī)等效端電壓；iP為相電流；t為時(shí)間；r′為相電阻，r′=2r；L′為相電感，L′=2L；Ω為系統(tǒng)角速度(rad/s)；ke為反電勢(shì)系數(shù)。

系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩平衡方程為

(3)

式中：Te為電磁轉(zhuǎn)矩；TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩(N·m)；J為刀具系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg·m2)；Bv為粘滯摩擦系數(shù)。

電磁轉(zhuǎn)矩方程又可以寫為

Te=kTiP.

(4)

式中kT為轉(zhuǎn)矩系數(shù)。

由式(2)—(4)可得

ue=

(5)

在刀具系統(tǒng)進(jìn)行清理作業(yè)時(shí)，圓盤鋸會(huì)對(duì)被切割障礙物產(chǎn)生切削力作用，該切削力會(huì)反作用于刀具系統(tǒng)，從而在刀具系統(tǒng)上疊加一個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。由于圓盤鋸在切削作業(yè)時(shí)切削力的大小未知，因此將切削力所產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩視為系統(tǒng)的外界擾動(dòng)。

根據(jù)上述描述可知在負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)條件下的刀具系統(tǒng)二階狀態(tài)方程為

(6)

2 刀具系統(tǒng)LADRC方法

圖3 刀具系統(tǒng)LADRC原理

2.1 LESO與控制律設(shè)計(jì)

(7)

刀具系統(tǒng)的LESO為如下形式：

(8)

式中l(wèi)i(i=1,2,3)為可調(diào)參數(shù)。

刀具系統(tǒng)的線性自抗擾控制律

(9)

(10)

(11)

式中kL1、kL2為線性化指數(shù)。

2.2 刀具系統(tǒng)LADRC的穩(wěn)定性分析

為證明刀具系統(tǒng)LADRC的穩(wěn)定性，首先要分析LESO的收斂性。

2.2.1 LESO收斂性分析

由2.1節(jié)可知，li(i=1,2,3)是LESO的可調(diào)參數(shù)，li(i=1,2,3)取值方式為[11]：

(12)

(13)

(14)

(15)

式中τ為積分變量。

(16)

(17)

因此有

(18)

對(duì)于所有的t≥T1，i=1,2,3，

(19)

成立。令εsum(0)=|ε1(0)|+|ε2(0)|+|ε3(0)|，對(duì)于所有的t≥T1,i=1,2,3，有

(20)

由式(15)可得

(21)

(22)

式中υi為系統(tǒng)變量變化率。對(duì)于所有的t≥T1，i=1,2,3，式(22)均成立。

綜上，在h(x,ω)有界的條件下，刀具系統(tǒng)LESO的估計(jì)誤差有界，且其上界隨LESO的帶寬單調(diào)遞減。

2.2.2 線性自抗擾穩(wěn)定性分析

定義ei=ri-xi,i=1,2，由式(9)可以得到

(23)

然后可得：

(24)

式中u為控制輸入量。

(25)

解式(25)可得

(26)

根據(jù)式(25)和2.2.2節(jié)的清理機(jī)器人LESO收斂性分析得到的結(jié)論，有：

(27)

(28)

且有：

(29)

式中k1為帶寬常數(shù)。由于Ae是Hurwitz矩陣，因此存在一個(gè)有限時(shí)間T2>0，對(duì)于所有的t≥T2,i,j=1,2，都滿足

(30)

令T3=max{T1,T2}，對(duì)于任意的t≥T3,i=1,2，可以得到

(31)

繼續(xù)推導(dǎo)可得到

(32)

由式(28)、(29)和(32)的推導(dǎo)，對(duì)所有的t≥T3，有

(33)

令es(0)=|e1(0)|+|e2(0)|，則對(duì)于所有的t≥T3，有

(34)

由式(26)可得：

|ei(t)|≤|[eAete(0)]i|+|?i(t)|.

(35)

由式(27)、(33)—(35)可得，對(duì)于所有的t≥T3，i=1,2，有

|ei(t)|≤

(36)

在h(x,ω)有界的條件下，清理機(jī)器人刀具LADRC閉環(huán)的跟蹤誤差是有界的，且增大控制律帶寬ωc可減小誤差的上界。刀具系統(tǒng)LADRC只有2個(gè)參數(shù)需要調(diào)節(jié)，因此使用LADRC方法可大大簡(jiǎn)化參數(shù)整定工作。

3 仿真實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的刀具系統(tǒng)LADRC方法的效果，在MATLAB/Simulink環(huán)境下進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

3.1 仿真實(shí)驗(yàn)

在仿真環(huán)境下搭建了樹障清理機(jī)器人刀具控制系統(tǒng)仿真模型，刀具系統(tǒng)仿真參數(shù)見表1。

表1 刀具系統(tǒng)仿真參數(shù)

表2 LADRC仿真參數(shù)

表3 NLADRC仿真參數(shù)[20]

3.1.1 階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證本文所提清障機(jī)器人刀具系統(tǒng)LADRC方法的性能，進(jìn)行刀具系統(tǒng)的階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)。給定值設(shè)為3 000 r/min的階躍信號(hào)，控制參數(shù)見表2、表3，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，LADRC動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速且只產(chǎn)生了很小的超調(diào)量，與NLADRC的性能相近。

圖4 LADRC階躍仿真曲線

3.1.2 抗擾測(cè)試實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證刀具系統(tǒng)的抗擾能力，進(jìn)行抗擾測(cè)試仿真實(shí)驗(yàn)。刀具系統(tǒng)進(jìn)行清理任務(wù)時(shí)，不同種類障礙物的質(zhì)地條件存在差別。本文針對(duì)質(zhì)地均勻、質(zhì)地均勻變化和質(zhì)地雜亂變化3種不同質(zhì)地條件的障礙物，設(shè)計(jì)了3種對(duì)應(yīng)的切割作業(yè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)信號(hào)，分別為常值擾動(dòng)信號(hào)、正弦負(fù)載擾動(dòng)信號(hào)和隨機(jī)負(fù)載擾動(dòng)信號(hào)，仿真實(shí)驗(yàn)按照上述3種擾動(dòng)信號(hào)的形式進(jìn)行。

a)設(shè)定值取3 000 r/min，1 s時(shí)在系統(tǒng)中加入轉(zhuǎn)矩為0.3 N·m的常值干擾，并在2 s時(shí)去除此常值干擾，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。由圖5可知：常值擾動(dòng)加入系統(tǒng)之后，刀具系統(tǒng)轉(zhuǎn)速在產(chǎn)生變化之后迅速恢復(fù)到設(shè)定值并穩(wěn)定地維持在設(shè)定值；LADRC與NLADRC性能相近。

圖5 常值擾動(dòng)下的LADRC抗擾實(shí)驗(yàn)曲線

b)設(shè)定值取3 000 r/min，1 s時(shí)在系統(tǒng)中加入正弦負(fù)載轉(zhuǎn)矩(0.2+0.1sin(10πt))N·m，并在2 s時(shí)去除此正弦負(fù)載轉(zhuǎn)矩，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。由圖6可知：在向系統(tǒng)加入正弦負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)能夠較快地恢復(fù)至設(shè)定值，且能夠保持良好的轉(zhuǎn)速控制性能；LADRC與NLADRC控制性能接近。

圖6 正弦擾動(dòng)下的LADRC抗擾實(shí)驗(yàn)曲線

c)設(shè)定值取3 000 r/min，1 s時(shí)在系統(tǒng)中加入隨機(jī)負(fù)載擾動(dòng)信號(hào)(0.2+rand(0,0.1))N·m，并在2 s時(shí)終止此擾動(dòng)信號(hào)，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。由圖7可知：系統(tǒng)受到隨機(jī)負(fù)載擾動(dòng)時(shí)能夠快速恢復(fù)至設(shè)定值，且保證轉(zhuǎn)速小范圍變化的穩(wěn)定狀態(tài)；LADRC與NLADRC方法有著相近的性能。

圖7 隨機(jī)擾動(dòng)下的LADRC抗擾實(shí)驗(yàn)曲線

3.1.3 魯棒性測(cè)試實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證LADRC對(duì)刀具系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)的適應(yīng)能力，進(jìn)行魯棒性測(cè)試實(shí)驗(yàn)。改變系統(tǒng)中容易發(fā)生攝動(dòng)的電阻、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)矩系數(shù)，在不同的參數(shù)條件下(見表4)分別進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)[21-22]，結(jié)果如圖8所示。由圖8可知，在不同參數(shù)條件下，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能幾乎沒(méi)有變化，各仿真曲線之間只有終值存在較小的差異，說(shuō)明LADRC方法對(duì)刀具系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。

表4 LADRC仿真參數(shù)條件

圖8 LADRC魯棒性測(cè)試實(shí)驗(yàn)曲線

3.1.4 仿真計(jì)算時(shí)間

為了驗(yàn)證LADRC方法的計(jì)算性能，對(duì)比LADRC與NLADRC方法下的幾組實(shí)驗(yàn)仿真持續(xù)時(shí)間，如圖9所示。本文仿真實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境為搭載英特爾酷睿i7-12700H、主頻2.7 GHz的中央處理器，內(nèi)存32 GiB，硬盤容量512 GiB。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，LADRC展現(xiàn)了強(qiáng)大的計(jì)算復(fù)雜度優(yōu)勢(shì)。

圖9 各實(shí)驗(yàn)仿真持續(xù)時(shí)間對(duì)比

本文仿真搭建的模塊中包含被控對(duì)象的模型，需要占用一定的計(jì)算時(shí)間，因此實(shí)際上控制算法部分的計(jì)算時(shí)間比仿真持續(xù)時(shí)間更短。

3.2 物理實(shí)驗(yàn)

根據(jù)論文對(duì)象的研究背景和算法驗(yàn)證需求，搭建了一套硬件系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用型號(hào)為STM32F405的進(jìn)階精簡(jiǎn)指令集機(jī)器(advanced risc machine，ARM)計(jì)算機(jī)，并配有刀具轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)電流傳感檢測(cè)模塊。

首先進(jìn)行刀具系統(tǒng)地面切割作業(yè)實(shí)驗(yàn)，切割對(duì)象是直徑約42 mm的香樟樹枝，實(shí)驗(yàn)曲線如圖10所示。由圖10可以看出，在存在清障作業(yè)負(fù)載擾動(dòng)工況下，本文所設(shè)計(jì)的自抗擾刀具系統(tǒng)具有良好的轉(zhuǎn)速跟蹤性能，且可以保證清障作業(yè)效率。

圖10 刀具系統(tǒng)地面切割實(shí)驗(yàn)曲線

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種高壓強(qiáng)電磁環(huán)境下輸電線路障礙物清理遙控作業(yè)機(jī)器人刀具系統(tǒng)的LADRC方法。首先介紹清障機(jī)器人刀具構(gòu)成，并推導(dǎo)了刀具系統(tǒng)的二階狀態(tài)方程。針對(duì)刀具系統(tǒng)存在參數(shù)攝動(dòng)、切割作業(yè)時(shí)存在負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)的問(wèn)題，同時(shí)為簡(jiǎn)化參數(shù)整定工作，提出采用LADRC方法進(jìn)行刀具系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制。然后根據(jù)刀具系統(tǒng)的二階狀態(tài)方程，設(shè)計(jì)了刀具系統(tǒng)的LESO和線性自抗擾控制律，并進(jìn)行了線性自抗擾刀具閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性證明。最后通過(guò)切割作業(yè)實(shí)驗(yàn)，證明了本文所設(shè)計(jì)的LADRC方法的有效性。