新型水下航行器的路径跟踪控制研究

发布时间：2020-03-26 23:00

【摘要】：自主水下航行器以其独特的优势,在海洋资源开发、海底测绘以及维护国家海上利益等方面发挥着重要作用。而精确稳定的路径跟踪控制技术是其自主化、智能化的重要体现,也是各国科研机构和学者研究的热点。本文以实验室参与研发的"ZY-1"型水下航行器作为研究对象,针对其运动控制的高度非线性、自由度之间的强耦合性、以及存在海流干扰等特点,对新型水下航行器的路径跟踪控制问题进行了研究。本文首先介绍了新型水下航行器的总体结构设计,并针对其结构和运动特性建立了运动学模型和动力学模型。接下来根据航行器的水下位姿状态建立了二维跟踪误差方程,设计了跟踪控制律。将水下航行器的路径跟踪控制问题转化为对其艏向角和纵倾角的控制问题;并根据PID控制原理设计了路径跟踪控制器。通过MATLAB仿真软件对变航速下的曲线跟踪运动进行了仿真,验证了所述方法的有效性。针对水下航行器在海流干扰下存在跟踪控制精度下降的问题,为了增强控制系统的鲁棒性,尝试将PID控制与模糊控制结合起来,设计了可在线修改参数的自适应模糊PID控制器,并搭建了MATLAB仿真模型,并在仿真模型中加入连续海流干扰。通过对优化前后的控制器路径跟踪控制效果进行对比,验证了模糊理论优化后PID跟踪控制器具有更强的控制精度和鲁棒性。最后介绍了“ZY-1”号新型水下航行器的控制系统的软硬件设计并进行了水下试验。试验结果验证了模糊理论优化后的PID控制器在路径跟踪控制中具有更好的稳定性和控制精度,在实际运动环境下有更强的自适应能力。
【图文】：

引起了各国尖端制造业的兴趣。伴随近年来人工智能主水下航行器的相关技术也不断的走向成熟。在 AUV 研发领域的前沿，拥有众多优秀的研究机构尔海洋研究所、麻省理工学院、华盛顿大学等。其研水下导航定位研究以及 AUV 自主回收技术等方面。些具有代表性的产品进行介绍6000 Woods Hole 海洋研究所于 2003 年研究开发出了一示。长 3.8m，直径 710mm，重量 860kg，实际最大航EMUS 系列能够称得上是现今 AUV 系列中很著名有 REMUS-100，REMUS-600，REMUS-3000，以及0 搭载有多种水下传感器以及高清摄像设备，能够获

图 1.2 日本 URASHIAFig.1.2 Japanese URASHIAUZA 是在 2012 年由日本研制出的一种的新型 AUV。这种域进行测绘，，它可以在海底上方依据地形进行实时的要特点是其尾部呈 X 型布置的尾舵，可以灵活改变动控制。YUMEIRUZA 的最大潜深 3500m，最大航AUV 技术主要继承于苏联，研究成果主要集中在复合学院水下技术研究所的部分代表性研究成果：斯远东科学院所于 1988 年研发的一款 AUV[5]，其 4kn。该 AUV 可以按海底附近的照片动态的规划路
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U674.941

【参考文献】

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本文编号：2602079