自主式水下机器人的分布式运动控制系统算法与实现

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随着自主式水下机器人(AUV, Autonomous Underwater Vehicle)在海洋科学考察和军事领域得到越来越广泛的应用。其运动控制算法及运动控制系统越来越受到人们的重视。各种各样的运动控制理论、结构、方法出现并运用到自主式水下机器人当中,取得了很多宝贵的数据和经验。运动控制是水下机器人完成任务的关键技术之一,近年来引起了许多控制领域专家、学者的注意。目前水下潜器大多采用集中式或分布式两种控制结构,控制方法有PID控制、神经网络控制、模糊控制、滑模变结构控制、自适应控制等,还有上述方法相互结合诸如模糊PID,模糊神经网络,自适应PID等等多种方法。很多方法只停留在理论研究或是仿真阶段,也有的已应用于实体潜器,但存在一些问题。本文旨在提出一种适用于多推进器AUV的分布式运动控制算法,并对该算法进行基于仿真和现场实验的验证研究。在结构体系上本方法采用分布式结构,控制方法上采用分布式的PID控制算法,将分布式的思想同时应用于控制体系结构和控制算法中。本文在课题原型样机C-RANGER的基础上,建立起运动模型和运动控制仿真平台,对分布式运动控制算法在MATLAB环境下进行了仿真研究,仿真结果表明该算法能够有效、稳定的实现对系统的运动控制。在此基础上,设计建立了C-RANGER运动控制的软、硬件系统,并给出了关键模块的设计和组建方法。同时,在实际海洋环境下进行了直线往返和螺旋线航行实验,实验结果表明,本文所提出的分布式运动控制算法和系统能够比较理想的完成预期规划的航线,各个控制量的跟踪也基本符合要求。该分布式运动控制算法有一定的通用性,适用于带有多个推进器的多自由度开架式AUV系统。
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