机械工程学报

作者：潘禄, 朱劲松, 陈正升, 刘中冠, 赵桔贤, 李伟

单位：1. 中国矿业大学机电工程学院 徐州 221116;2. 中国安全生产科学研究院 北京 100012;3. 中国矿业大学深圳研究院 深圳 518057;4. 中国矿业大学信息与控制工程学院 徐州 221116

关键词：消防自主作业,灭火射流运动学模型,灭火射流轨迹模型,灭火射流控制,时序网络预测；

基金：国家重点研发计划(2022YFC3090502)、国家自然科学基金(52204256)和江苏省重点研发计划(BE2023688)资助项目。

面向消防灭火自主作业，提出一种基于运动学模型的灭火射流控制方法。将射流连续体离散成关节变量，推导射流运动学模型，针对建模过程中多因素强耦合造成的非线性关系难以显式表征问题，建立基于自回归积分滑动平均模型(Autoregre ssive integratal moving average model,ARIMA)和长短时记忆网络(Long short-term memory,LSTM)的灭火射流轨迹预测模型。考虑实际作业过程中的障碍物干扰问题，重构烟花算法的初始种群分布和下一代种群确定方法，实现有障碍物约束条件下的射流驱动关节运动学逆解。建立考虑死区特性和喷射反力的关节动力学模型，设计基于径向基网络观测器的角度跟踪滑模控制器，实现对期望角度的跟踪控制，并在实际灭火机器人上开展验证试验。结果表明，灭火射流轨迹模型预测精度均优于LSTM、ARIMA及显式模型，关节角度跟踪控制算法的控制精度高于现有PD、模糊控制以及线性自抗扰控制器，在自主灭火作业测试中，所提方法的火点打击精度优于现有方法。

来源：2025年第10期

《机械工程学报》期刊编辑部

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