遥控自治水下机器人控制技术研究

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水下机器人作为水下探测和作业的重要工具,其应用领域正在不断扩大。本文的研究对象是中国船舶科学研究中心自主研制的“海筝”ARV,它属于混合型潜水器,具有ROV和AUV两种工作模式。ARV在经济性、灵活性和活动范围等方面要优于传统ROV,适用于大坝检测、江河湖泊的水质检测,也适用于作深海海底区域的勘察和监测,可与其他种类潜水器配合完成海洋调查和考察任务。在论文中介绍了“海筝”ARV控制系统设计,控制系统是ARV的核心,直接关系到ARV的系统性能、作业能力和运行环境。它包括水面显控分系统、运动控制分系统、执行分系统、传感器分系统、电源分系统、微细光缆传输分系统等。论文对“海筝”ARV进行受力分析,包括重力、浮力、推力、水动力等,建立了其在水下运动的数学模型。“海筝”ARV在水下工作时利用四个推进器完成潜浮、航行、转向运动,根据“海筝”ARV的结构特点和实际运动要求,建立了四自由度的运动方程。论文在ARV运动模型的基础上,为其运动控制设计了一种模糊PID自适应控制器,并在定深控制和定向控制中得到了应用。模糊PID自适应控制器结合了模糊控制和PID控制的优点,它利用模糊控制规则,在线修改PID控制参数,从而达到较好的控制效果。对于模糊PID控制器,分别进行了仿真实验和水池试验,通过比较得到模糊PID控制器具有响应速度快、精度高的优点,改善了ARV的运动控制性能,在定深控制和定向控制中有很好的表现,满足“海筝”ARV的控制要求。
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