一种两轮自平衡机器人的滑模自适应控制器

摘要

本发明公开了一种内置无刷直流电机电流环控制的两轮自平衡机器人滑模自适应控制器，控制器至少包括滑模自适应控制器和电流环自抗扰控制器，滑模自适应控制器根据实时输入的角度参量θ和角速度控制输出电机扭矩Tw，并将电机扭矩Tw转换为电流电流环自抗扰控制器根据电流以及传感器测量模块检测的电机电流ia控制输出电压驱动电机系统运动。采用本发明的技术方案，在控制器中增加电流环控制，从而有效控制驱动电流大小，不会产生大电流从而保护了无刷电机驱动，大大提高平衡车寿命和安全性使用。

权利要求

1.一种内置无刷直流电机电流环控制的两轮自平衡机器人滑模自适应控制器，其特征在于，该控制器与传感器测量模块和电机系统相连接，用于根据所述传感器测量模块的采样信息获取自平衡机器人运动参数，并根据运动参数控制所述电机系统的运动；所述运动参数至少包括角度θ、角速度 和电机电流ia；

所述控制器至少包括滑模自适应控制器和电流环自抗扰控制器，所述滑模自适应控制器根据实时输入的角度参量θ和角速度 控制输出电机扭矩Tw，并将电机扭矩Tw转换为电流所述电流环自抗扰控制器根据电流 以及传感器测量模块检测的电机电流ia控制输出电压 驱动电机系统运动；

所述滑模自适应控制器的输出方程为：

Tw＝-(K+φ)X；

其中，X为角度参量θ和角速度 的集合，K是通过倒立摆模型状态方程极点计算出来的参数矩阵；φ取值是根据以下公式决定：γ是自适应速率，e为角度误差参数，C取[0 0 1 1]；

所述电流环自抗扰控制器的输出方程为：

其中，z1、z2、z3为反应电机电流ia的参量的观测值。

2.根据权利要求1所述的内置无刷直流电机电流环控制的两轮自平衡机器人滑模自适应控制器，其特征在于，所述滑模自适应控制器中还设置机器学习表(Map)，所述机器学习表(Map)用于根据输入的角度参量θ和角速度  调节输出电机扭矩Tw。

3.根据权利要求2所述的内置无刷直流电机电流环控制的两轮自平衡机器人滑模自适应控制器，其特征在于，所述滑模自适应控制器还包括机器学习模块，所述机器学习模块用于根据输入的角度参量θ和角速度 更新所述机器学习表(Map)。

4.根据权利要求1所述的内置无刷直流电机电流环控制的两轮自平衡机器人滑模自适应控制器，其特征在于，所述传感器测量模块至少包括陀螺仪、加速度计和电流检测模块。

5.根据权利要求4所述的内置无刷直流电机电流环控制的两轮自平衡机器人滑模自适应控制器，其特征在于，所述陀螺仪的型号为L3G420D。

6.根据权利要求4所述的内置无刷直流电机电流环控制的两轮自平衡机器人滑模自适应控制器，其特征在于，所述加速度计的型号为LSM303D。

说明书

一种两轮自平衡机器人的滑模自适应控制器

技术领域

[0001] 本发明涉及两轮自平衡机器人控制领域，尤其涉及一种内置无刷直流电机电流环控制的两轮自平衡机器人滑模自适应控制器。

背景技术

[0002] 两轮自平衡机器人是一种利用传感器感知自身状态，然后通过控制算法控制马达转动，从而实现自平衡。近年来，随着两轮自平衡机器人技术不断完善以及成本不断降低，逐渐成为更多人接受的代步工具，使两轮自平衡机器人开始从实验研究阶段转变为大众型的代步工具，其所面临的环境和任务也越来越复杂。

[0003] 目前市场上有各种类型的平衡机器人，大多使用PID控制算法，该算法通过采集两轮自平衡机器人当前角度并计算与目标角度的偏差，在将这个偏差进行比例、积分、微分运算计算出马达控制量从而实现两轮自平衡机器人自平衡。这种算法简单实用但并不是最理想的控制器，因为在复杂的运行环境中，该算法在很多时候处理的并不是很好，比如，该方法在外界存在干扰时，就会使控制出现抖震，在干扰特别大时，还会使平衡车失去平衡；同时，PID算法使用比例、积分、微分这三个成员进行线性组合也是不合理的，这种线性组合的方式会使其在系统鲁棒性和系统稳定性上无法两者兼顾，提高鲁棒性会使稳定性降低，反之提高稳定性则降低鲁棒性。也就是说使用PID算法的平衡车如果把鲁棒性调高，则它具有很强的保持直立的能力但一旦角度偏差过大则容易使其失去控制，从而造成危险的结果，如果把稳定性调高则，则会使其鲁棒性降低，从而导致平衡车承受负载的能力下降。总而言之，PID算法鲁棒性不够好，响应速度不够快，面对较大的扰动时，系统不稳定，当外部路面条件变化的时候，不能自适应较复杂的外部环境以及大范围负载的变化，使系统的抖振非常大。

[0004] 现有技术自平衡机器人在实际操控时常常会造成无刷电机堵转，在堵转情况下在无刷电机电路中会产生很大的电流，并会使无刷电机驱动电路中的MOS 管发热，当温度过高时MOS管的使用寿命会下降，更严重时会直接烧坏MOS 管造成驱动电路短路。更有些时候由于认为操作不当在无刷电机输出极大时堵转，这样则会产生一个非常大的浪涌电流直接击穿MOS管导致无刷电机暴走从而产生很危险的情况。

[0005] 故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。

发明内容

[0006] 本发明的目的是一种内置无刷直流电机电流环控制的两轮自平衡机器人滑模自适应控制器，能够增强系统的鲁棒性、提高系统的响应速度、能够应对较大的外部扰动，提高平衡车寿命和安全性。

[0007] 为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的技术方案为：

[0008] 一种内置无刷直流电机电流环控制的两轮自平衡机器人滑模自适应控制器，该控制器与传感器测量模块和电机系统相连接，用于根据所述传感器测量模块的采样信息获取自平衡机器人运动参数，并根据运动参数控制所述电机系统的运动；所述运动参数至少包括角度θ、角速度 和电机电流ia；

[0009] 所述控制器至少包括滑模自适应控制器和电流环自抗扰控制器，所述滑模自适应控制器根据实时输入的角度参量θ和角速度 控制输出电机扭矩Tw，并将电机扭矩Tw转换为电流

[0010] 所述电流环自抗扰控制器根据电流 以及传感器测量模块检测的电机电流 ia控制输出电压 驱动电机系统运动；

[0011] 所述滑模自适应控制器的输出方程为：

[0012] Tw＝-(K+φ)X；

[0013] 其中，X为角度参量θ和角速度 的集合，K是通过极点计算出来的参数矩阵；φ取值是根据以下公式决定：

[0014] γ是自适应速率，e为角度误差参数，C取[0 0 1 1]；

[0015] 所述电流环自抗扰控制器的输出方程为：

[0016] 其中，z1、z2、z3是X的观测值，kp、kd、ka为极点参数矩阵K的前三项。

[0017] 优选地，所述滑模自适应控制器中还设置机器学习表(Map)，所述机器学习表(Map)用于根据输入的角度参量θ和角速度 调节输出电机扭矩Tw。

[0018] 优选地，所述滑模自适应控制器还包括机器学习模块，所述机器学习模块用于根据输入的角度参量θ和角速度 更新所述机器学习表(Map)。

[0019] 优选地，所述传感器测量模块至少包括陀螺仪、加速度计和电流检测模块。

[0020] 优选地，所述陀螺仪的型号为L3G420D。

[0021] 优选地，所述加速度计的型号为LSM303D。

[0022] 优选地，所述控制器通过通讯模块实现自平衡机器人与外部设备进行数据通讯。

[0023] 优选地，所述控制器通过转向杆线性霍尔传感器实现自平衡机器人转向控制。

[0024] 优选地，所述控制器设置在主控芯片中。

[0025] 与现有技术相比较，本发明能够对外界环境进行自适应同时能够最大程度降低外界环境中各种干扰对两轮自平衡机器人的影响并且不损失鲁棒性，并且在控制器中增加电流环控制，从而有效控制驱动电流大小，不会产生大电流从而保护了无刷电机驱动，大大提高平衡车寿命和安全性使用。同时本发明的技术方案还能够利用机器学习的方法对一些长期积累因素(如两轮自平衡机器人的机械特性或人为的操作习惯)进行磨合使两轮自平衡机器人具有最优的性能，从而保证了安全性与稳定性。

[0026] 说明书附图

[0027] 图1为本发明内置无刷直流电机电流环控制的两轮自平衡机器人滑模自适应控制器的系统架构图；

[0028] 图2为本发明内置无刷直流电机电流环控制的两轮自平衡机器人滑模自适应控制器的原理框图；

[0029] 图3本发明中采用的倒立摆模型结构；

[0030] 图4为本发明中电流环自抗扰控制器的结构框图；

[0031] 图5为本发明电流环系统框图；

[0032] 图6为本发明中两轮自平衡机器人控制系统的执行流程图；

[0033] 图7为仿真运行一段时间后地机器学习库地状态图；

[0034] 图8为仿真时本发明角度误差与在本发明没有机器学习情况下地角度误差和传统PID角度误差图；

[0035] 图9为本发明电流环自抗扰控制中实测电流跟踪与扩张观测器观测电流跟踪图；

[0036] 图10为本发明电流环自抗扰控制中实测电流与期望误差与扩张观测器观测电流与期望误差图。

[0037] 图11、图12为本发明无刷电机自抗扰电流控制实测效果图。

具体实施方式

[0038] 参见图1，所示为本发明一种内置无刷直流电机电流环控制的两轮自平衡机器人滑模自适应控制器的系统框图，包括传感器测量模块、主控芯片、通讯模块、转向杆线性霍尔传感器和电机系统，其中，传感器测量模块采用于集自平衡机器人运动参数，至少包括陀螺仪和加速度计，分别用于采集角速度信号和加速度信号，其中，陀螺仪的型号为L3G420D，加速度计的型号为LSM303D；电机系统用于驱动两轮自平衡机器人运动，电机系统为两轮自平衡机器人的动力执行系统，至少包括无刷电机及其驱动电路；通讯模块采用串口通信模块或者无线数据传输模块，用于与外部设备进行数据通讯，以便于系统调试和维修检测；转向杆线性霍尔传感器用于实现自平衡机器人转向控制；主控芯片与传感器测量模块和电机系统相连接，用于根据所述传感器测量模块采集的运动参数控制所述电机系统的运动。

[0039] 进一步的，主控芯片采用DSP芯片，在其中内设内置电流环控制的滑模自适应控制器，参见图2，所示为本发明中内置电流环控制的滑模自适应控制器的原理框图，该控制器与传感器测量模块和电机系统相连接，用于根据传感器测量模块的采样信息获取自平衡机器人运动参数，并根据运动参数控制电机系统的运动；运动参数至少包括角度θ、角速度和电机电流ia；

[0040] 控制器至少包括滑模自适应控制器和电流环自抗扰控制器，滑模自适应控制器根据实时输入的角度参量θ和角速度 控制输出电机扭矩Tw，并将电机扭矩Tw转换为输入电流[0041] 电流环自抗扰控制器根据电流 以及传感器测量模块检测的电机电流ia控制输出电压 驱动电机系统运动；

[0042] 滑模自适应控制器的输出方程为：

[0043] Tw＝-(K+φ)X；

[0044] 其中，X为角度参量θ和角速度 的集合，K是通过极点计算出来的参数矩阵；φ取值是根据以下公式决定：

[0045] γ是自适应速率，e为角度误差参数，C取[0 0 1 1]；

[0046] 电流环自抗扰控制器的输出方程为：

[0047] 其中，z1、z2、z3是X的观测值，kp、kd、 ka为极点参数矩阵K的前三项。

[0048] 上述滑模自适应控制器的输出方程中，X为角度参量θ和角速度 的集合， K是通过极点计算出来的参数矩阵；φ取值是根据以下公式决定：

[0049] γ是自适应速率，e为角度误差参数，C取[0 0 1 1]。

[0050] 上述滑模自适应控制器的设计原理如下：

[0051] 两轮自平衡机器人的系统可以等效看作是一个倒立摆模型，参见图3，所示的倒立摆模型结构为现有技术通用的动力模型。从能量和动量角度分析，利用拉格朗日动力学理论，可以得到以下描述：

[0052]

[0053] U＝-mgl+mglcosθ  (2)

[0054] (1)式和(2)式中，m为车身质量，Mw为转子(轮胎)质量，l为摆杆长度、Je为平衡车转动惯量、Jm为转子(轮胎)转动惯量，这些参量都为自平衡机器人的固有参量，取决于自平衡机器人机械架构；在倒立摆模型下的不同机械架构，上述参量会发生变化。

[0055] 其中，Xw为路程、 为速度、θ为角度和 为角速度为自平衡机器人的运动参量，这些数据可以通过传感器采集到。

[0056] 在两轮自平衡机器人控制中，θ变化范围很小所以cosθ可以近似为1，sinθ可以近似为θ，然后根据(1)、(2)两个方程联立可以得到：

[0057]

[0058]

[0059] 写成状态空间形式：

[0060]

[0061] 然后我们可以另于是动力学模型可简化为

[0062]

[0063] 即简写形式：

[0064]

[0065] 由公式(7)可以选择合适的系统控制极点设计出控制器(一般p＝[v1,v2,v3,v4]，v1,v2,v3,v4<0利用matlab中place函数计算出K， K＝place(A,B,p))，从而得到下式：

[0066] U＝-K·X  (8)

[0067] 其中，这里输出U能够采用输出电机扭矩Tw，从而将输出方程变为： Tw＝-K·X，K是通过选择合适极点计算出来的参数矩阵，X为

[0068] 上式的控制器输出方程能够很好的实现直立自平衡，并且在控制精度上远优于PD控制，在极端情况中不易失控，但这个控制器缺少对外界条件的适应力，因此，本发明在此基础上还对控制器进行进一步优化。

[0069] 为了提高控制器的自适应能力，根据滑模控制理论在控制器加入滑模参量。滑模的最大优点在于鲁棒性强并且对于外界条件变化引起的参数摄动具有很强的免疫力。于是将控制器设计为：

[0070] Tw＝-(K+φ)X  (9)

[0071] 其中K＝[k1 k2 k3 k4]，φ＝[φ1 φ2 φ3 φ4],φ取值是根据以下公式决定：

[0072]

[0073] 滑模参量φ会根据实际采集值与误差进行不断累加和更新，当控制力度不足或过渡时φ就会发生变化增大或减少，从而一直保持控制器输出最优结果，从而实现对参数摄动的抵抗作用。其中，sign为符号函数，γ是自适应速率，为常量，实际调试中选取合适值；e为角度误差参数，采集角度和期望角度的差值。

[0074] 为了使控制器输出方程稳定，必须符合李雅普诺夫稳定性原理，证明如下：

[0075] (7)式动力学方程可简化为：

[0076]

[0077] 将重新设计的控制器(9)式代入动力学方程，可以得到：

[0078]

[0079] 其中v为控制器输入向量。

[0080] 定义矩阵P，若存在矩阵Q满足ATP+PA＝-Q,PB＝C，C取[0 0 1 1]，这里只要满足矩阵A是满秩，就可以证明Q存在。通过Matlab计算出r(A)＝4。

[0081] 由此可见矩阵A为满秩矩阵。然后构造能量函数：

[0082]

[0083] 对V求导并代入(11)式与(13)式可得：

[0084]

[0085] 由此证明了该控制器满足李雅普诺夫稳定性原理。

[0086] 通过上述技术方案，显著提高了自适应能力，但对在使用过程中的长期变化会每次都重新匹配，比如两轮自平衡机器人的机械特性或人为的操作习惯，无法智能匹配。

[0087] 为了解决上述技术问题，本发明根据机器学习的理论，对两轮自平衡机器人的控制器进行进一步优化使其能够适应人的各种习惯，在滑模自适应控制器中设置机器学习表(Map)，机器学习表(Map)是在出厂时根据运行环境和驾驶习惯针对各种输入的角度参量θ和角速度 调试出来的一张参数表，在实际运行中，能够根据输入的角度参量θ和角速度在Map表中查找所对应的参数值，从而能够调节输出电压Tw。

[0088] 在一种优选实施方式中，滑模自适应控制器还包括机器学习模块，机器学习模块用于根据输入的角度参量θ和角速度 更新机器学习表(Map)，从而使机器学习表(Map)中的参数始终保持最优值，从而能够适应人的各种习惯。

[0089] 由此，控制器的输出方程如下：

[0090] Tw＝-(K+φ)X+Map(X)  (16)

[0091] 式(16)是在(9)式控制器输出方程的基础上进行扩展，其中Map(X)是通过机器学习的方法对控制器进行优化的参数表。该优化主要针对两轮自平衡机器人系统在实际情况中的非线性因素，例如人的主观控制，从而改善驾驶操控。

[0092] 该控制器前段已在之前通过稳定性证明，只需要证明后端，定义能量函数：

[0093]

[0094] 求导后得到：

[0095]

[0096] 其中Xb＝Y＝CX

[0097] 使用梯度优化法取：

[0098]

[0099] 这里ρ为梯度法步进，可以使 当e＝0时取“＝”。

[0100] Map本质上是一张查找表，该方法会对每一个X根据误差和能量进行单独修正，从而使控制器在运行时能量|L|能够收敛到区间(vmin，vmax)内从而使控制不会产生过度响应，实际调试中在平衡车加速和减速时，由于加速和减速不平滑因此会产生较大的|L|，该方法使直立车加减速平滑化，给人一种比较柔和的感觉尤其是在起步和停车过程中，这种感觉会更加明显。

[0101] 为了增强两轮自平衡机器人的安全性和性能，对两轮自平衡机器人的执行器无刷电机进行优化在平衡车角度小于5度时，对电压的控制可以近似等效为力矩控制，而无刷电机输出的力矩正比于电流，因此何以得到:

[0102]

[0103] 参见图4，所示为无刷电机等效模型图，无刷电机是两轮自平衡机器人最核心的执行器，两轮自平衡机器人性能的好坏取决于执行器控制的性能，所以为了得到优越的性能，本设计使用两个直流无刷电机作为两轮自平衡机器人的执行器，并且对直流无刷电机的模型进行分析，从而设计出满足本设计两轮自平衡机器人自平衡要求的无刷电机控制器。

[0104] 直流无刷电机有三个相位，每个相位相差120电角度，其中每个相位都可以看作是一个有刷电机。因此可以将一个直流无刷电机等效为一个有刷电机。其中，具体参数如下：

[0105] Ua：电机两端电压(V)；

[0106] La：电机电枢电感(H)；

[0107] Te：电机电磁转矩(N*m)；

[0108] B：粘性摩擦系数(N*m*s)；

[0109] w：电机转速(rad/s)；

[0110] Ra：电机电枢电阻(欧)；

[0111] Ea：感应电动势(V)；

[0112] ia：流过电枢的电流(A)；

[0113] 参见图5，所示为无刷电机电流环模型框图，主要由电流环自抗扰控制器、PWM逆变器、电机电枢和滤波器。其中电枢与滤波器是电机系统的硬件部分。 PWM逆变器是根据电机转子位置对无刷电机控制线进行输出逻辑分配。电流环自抗扰控制器根据电流采集值的最优估计值和电流期望值计算出电机的最优输出电压，从而控制无刷电机。

[0114] 以下详细说明电流环自抗扰控制器的设计原理以及推导证明，根据无刷电机电流环模型框图，图中的电流环部分可以推算出从Ua到ia的系统传递函数：

[0115]

[0116] 于是就可以得到ia的微分方程：

[0117]

[0118] 考虑到动力学模型中存在一些不确定因素d(t)，该信号主要在直流无刷电机在霍尔换相时产生，对于无刷电机这些不确定因素在一定程度上会影响系统输出，于是将d(t)加入到微分方程中，上述公式可以重新改写成：

[0119]

[0120] 利用自抗扰技术加入过渡过程于是上述公式可改写为：

[0121]

[0122] 其中b0为扰动补偿参数，另 f(x)＝x4可以得到：

[0123]

[0124] 其中 该状态方程可简写为：

[0125]

[0126] y＝C·X

[0127] 其中C＝[1 0 0 0],

[0128] 设计z1,z2,z3,z4分别为x1,x2,x3,x4的观测值，于是两轮自平衡机器人上的直流无刷电机电流环扩张观测器可以被设计为以下形式：

[0129]

[0130]

[0131] 这里β1,β2,β3,β4是根据闭环系统的特征方程:

[0132] λ(s)＝s4+β1·s3+β2·s2+β3·s+β4＝(s+w0)4  (28)

[0133] 取w0>0，并且满足β1＝4w0,β2＝6w02,β3＝4w03,β4＝w04只要取足够大适合的w0，观测系统就能够很快的稳定并且快速收敛。

[0134] 接下来就是设计电流环自抗扰控制器，于是对控制模型进行扰动补偿可以表示为：

[0135]

[0136] 代入到过渡过程中(24)式另 于是可以对 进行非线性组合便可以设计出电流环自抗扰控制器：

[0137] 其中，z1、z2、z3是x的观测值，x为反应电机电流ia的参量。

[0138] 在一种优选实施方式中，主控芯片获取角速度信号和加速度信号，通过IMU 算法计算出4元数，再通过4元数还原出三个方位的欧拉角。从而计算得到角度参量θ和角速度[0139] 参见图6，所述为本发明两轮自平衡机器人的系统执行流程图，通过传感器模块获取两轮自平衡机器人姿态，通过转向杆上的线性霍尔传感器获取转向期望信号，然后通过DSP芯片进行运算处理，分别计算出两只无刷电机的控制量，从而实现自平衡。在此同时本发明还将一些系统参数通过通讯模块发送出去，以便实时监测与观测。

[0140] 该系统在开始执行后首先进行初始化，然后分两条不同频率的任务，一条是方向控制，执行周期为20ms；另一条为本发明的平衡控制，执行周期为5ms。其中平衡控制首先通过传感器(陀螺仪和加速度计)采集角速度信号和加速度信号，然后通过姿态计算计算出两轮平衡车角度，然后根据角度计算出自适应律，并通过自适应控制器计算出自适应控制输出，接着根据Map查找出最优的 Map输出，然后根据采集到的信号更新Map库，再将Map输出与自适应输出进行叠加从而计算出平衡控制输出电机扭矩参数给电流环自抗扰控制器，最后将直立控制和方向控制的控制输出进行叠加然后滤波从而控制电机输出。由于增加电流环控制，从而有效控制驱动电流大小，不会产生大电流从而保护了无刷电机驱动，大大提高平衡车寿命和安全性使用。，

[0141] 参见图7，所示为仿真运行一段时间后地机器学习库的状态图，其中仿真条件是在其输入信号加载峰峰值为1频率为3kHz的g高频扰动和幅度为0.01的噪声信号。在运行一段时间后，其运行时出现的每个角度与角速度状态都经过机器学习、更新演化出如图6所示的机器学习Map表，可以看出在经机器学习以后，Map表对改机器学习的高频扰动和噪声信号的反应更为均匀，从而实现对控制器进行进一步的优化。

[0142] 参见图8，所示为本发明在输入信号加载峰峰值为1频率为3kHz的g高频扰动和幅度为0.01的噪声信号仿真时的角度误差变化曲线，图9为在同样仿真条件下移除机器学习功能时的角度误差变化曲线，图10为在同样仿真条件下传统PID算法的角度误差变化曲线。从图8，图9和图10的仿真结果对比可以很明显的发现本发明的性能明显要优于传统PID算法，从图8和图9的对比，可以清楚的算出本发明中的机器学习模块可以对与控制中的细节部分进行进一步地改善从而增强了本发明的自适应控制性能。

[0143] 参见图11与图12为本发明无刷电机自抗扰电流控制实测效果图，该效果图是在实际调试中获取，并且去期望电流输入为模拟地直立控制输出，在图11 中左侧为扩张观测器观测电流跟踪曲线，实线为观测电流，虚线为期望电流，右侧为实测电流跟踪曲线，实线为实测电流，虚线为期望电流。在图12中左侧为扩张观测器观测电流与期望电流的误差图，右侧为实测电流与期望电流误差图。由这两图可以看出本发明对无刷电机使用自抗扰技术能够有效控制无刷电机的输出力矩，并且其自抗扰技术中的扩张观测器使得其有效抑制了无刷电机在霍尔换相时产生的电流扰动对无刷电机控制的影响，从而达到本发明在执行器部分的良好性能。同时本发明的执行器使用电流环控制能够有效抑制执行器输出过大电流，从而保护了驱动电路不至于过流而损坏也保证了本发明两轮自平衡机器人的安全性。

[0144] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

[0145] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本发明中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本发明所示的这些实施例，而是要符合与本发明所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。