Архитектура системы прогнозного управления энергопитанием автономного мобильного робота при стохастической импульсной нагрузке

Аннотация

Рассматривается проблема обеспечения энергетической устойчивости автономных мобильных роботов, оснащённых электроимпульсными рабочими органами, функционирующих в условиях стохастически распределённой импульсной нагрузки. Предложена оригинальная архитектура системы перераспределения энергии, основанная на концепции единой шины постоянного тока с упреждающим цифровым управлением тяговыми электроприводами. Разработан математический аппарат, включающий стохастическую модель импульсной нагрузки, критерий энергетической живучести системы и закон адаптивного демпфирования тяговой мощности. Выявлено, что стохастическая генерация высоковольтных разрядов (мощностью до 5 кВт) при ограниченной емкости источника питания приводит к возникновению режима нагрузки постоянной мощности, которая вызывает критические просадки напряжения в звене постоянного тока, ускоренную деградацию литий-ионных аккумуляторных батарей и аварийные остановки системы защиты. Составлены дифференциальные уравнения состояния шины постоянного тока и коррекции задания угловой скорости тяговых электродвигателей. В качестве объекта анализа рассматривается бортовая сеть постоянного тока номинальным напряжением 48 В. Предложен метод прогнозного управления энергопитанием автономного робота, использующий закон адаптивного демпфирования тяги. Проведен сравнительный анализ двух режимов: жесткого подключения нагрузки и режима с активной стабилизацией. Установлено, что применение разработанного алгоритма позволяет снизить максимальную просадку напряжения с 12,42 до 4,56 В (увеличение устойчивости в 3 раза) и уменьшить пиковый ток потребления от аккумуляторной батареи с 114,6 А до 76,3 А (снижение на 33%). При этом выявлено незначительное увеличение динамической ошибки курсовой устойчивости (с 0,5 до 1,2 см), которое не оказывает критического влияния на качество выполнения агротехнических операций.