水下机器人电动-液压混合推进系统中的推力分配_水下推进器推力确定

遥控水下机器人（ROV）由于其运动灵活、适应性好和作业能力强等优点，已被广泛应用于海洋资源开发、深海打捞作业、核电检测等领域。ROV通常配备多台推进器，通过调节多台推进器的转速来实现多自由度的运动控制。

目前，ROV常用的推进方式有液压推进和电动推进两种。液压推进系统具有功率密度大、响应速度快等优点，但系统构成复杂，并且整体运行效率较低。与液压推进系统相比，电动推进系统的控制精度和运行效率都较高，其在ROV中的应用越来越广泛。然而，许多电动推进的作业级ROV仍需要在其本体上搭载一套液压源和管路，为机械手、钻机等作业装置提供动力源。此时，液压源只有在作业情况下才会使用，而在其他情况下都处于停机状态，成为ROV的载荷负担。

因此，为了提高ROV的运行效率和扩大其作业范围，有研究机构提出在这类ROV基础上增加液压推进器，构建新型的电动-液压混合推进系统，并分时利用液压源驱动液压推进器为ROV提供辅助推力，从而等效提高推进系统的功率密度，增强ROV的航行运动能力。在这种混合推进系统中，液压推进器不仅可以为ROV提供额外的推力支持，还可以在需要时为其提供液压动力。通过这种方式，液压源不再是ROV的负担，而成为其重要的动力支持。

此外，为了更好地发挥多台推进器的作用，需要结合合适的推力分配算法。推力分配算法可以根据ROV的运动自由度和作业需求，合理分配推进器的推力，以充分利用ROV的机动性和灵活性。通过推力分配算法，ROV可以在不同的作业场景下实现更好的运动控制和作业效率。

在未来，随着ROV技术的不断发展和应用领域的不断拓展，液压-电动混合推进系统将会成为ROV的主流推进方式之一。这种新型推进系统将为ROV的运动性能和作业效率提供更大的提升空间，为海洋资源开发和深海作业等领域带来更多的应用前景。

经过多年的发展，水下机器人、水面动力定位平台、无人机、空间飞行器等装备领域已经形成了多种技术成熟的推力分配策略。其中，伪逆法和直接分配法较早被应用于推力分配问题的求解，它们均是计算过程简单、实时性高的方法。

在配置固定方位推进器的ROV中，伪逆法的应用更加广泛。但是，基于伪逆法的推力分配未考虑推进器的物理约束，可能导致计算结果超出推进器的推力限制，出现过饱和现象。因此，本文提出对输入量进行归一化处理以避免推力过饱和问题。该方式简单实用，但也在一定程度上降低了推进系统的推力利用率。为了更好地解决这个问题，可以考虑再分配伪逆法、级联伪逆法和多步分配法等方法，它们利用数学规划模型对伪逆法的计算结果进行了二次分配优化，这种避免推力过饱和的解决方式更加优越。

与伪逆法相比，二次规划（QP）和序列二次规划 (SQP) 方法的计算更复杂、适用范围更广，可用于求解含转速加速度限制、回转速率限制等约束的全回转推进系统的推力分配问题。此外，许多智能优化算法，如遗传算法、蜂群算法、粒子群优化 (PSO) 算法、和声搜索算法、强化学习算法等也被用于推力分配问题的求解。这些算法虽然能够高精度地求解，需要建立推力分配问题的精确数学模型，并将推力分配过程中应该考虑的因素定量表达在数学模型中。

对于新型的电动-液压混合推进系统，由于系统中2种推进器的特性及作用不同，因此在推力分配过程中应考虑期望推力变化快慢、当前电动-液压推进系统推力等状态，以发挥出电动推进系统效率高、功率配置大和液压推进系统响应速度快的组合优势，并在一定程度上实现对2种推进系统的均衡使用。这种复杂的使用需求所对应的推力分配目标函数，难以用精确的数学公式表达，且无法直接引用已有的推力分配策略。因此，我们需要开展更多的研究，综合考虑复合推进系统的特性、工作环境、使用需求等因素，开发适用于混合推进系统的推力分配策略。同时，我们可以借鉴电池-超级电容复合电源储能领域的能量管理策略，将其设计思想应用于混合推进系统的推力分配中，以期达到更好的效果。在充分考虑总需求功率、2种储能装置的特性、剩余电量等因素的基础上，我们可以采用适当的算法和优化方法，实现推力分配的最优化，提高混合推进系统的整体性能。