基于改进S面控制的AUV运动控制方法研究

发布时间：2020-09-27 19:54

　　 随着海洋战略地位的提高,近些年自主水下机器人在军用与民用领域的重要性也日益凸显。良好的运动控制效果是自主水下机器人完成水下作业任务的基本前提与保障,因此开展自主水下机器人运动控制方法的研究具有重要意义。本文以某“核高基”项目中“橙鲨”自主水下机器人为研究对象,对运动控制方法开展了研究,提出了预测S面控制方法与一系列改进,并通过仿真实验进行了验证,主要包含以下几方面工作:对自主水下机器人的经典S面控制方法进行了简要介绍,分析了该控制方法在目前实际应用中存在的主要问题。根据研究对象的具体情况适当简化六自由度运动模型,并考虑海洋环境干扰因素,建立了自主水下机器人控制模型。结合预测控制与细菌觅食算法对经典S面控制方法进行改进,提出了预测S面控制方法,证明了该控制方法能够克服经典S面控制的主要缺陷,并具有良好的运动控制性能。为增强预测S面控制的实用性与对现场调整的适应性,提出了采用神经网络来建立控制器预测模型的改进方案,即现场采集航行数据作为样本,训练神经网络实现动力学模型辨识,建立基于神经网络的递推预测模型。建立预测模型网络与在线学习网络的并行结构,提出滑动窗口与学习判断来降低运算负担,并设计柔性过渡来降低模型切换带来的输出抖动,从而为预测S面控制添加了在线学习功能,使控制器能够更好地适应海洋环境的变化。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U674.941
【部分图文】：

美国是较早开展水下机器人研宄的国家之一，在自主水下机器人领域的研宄目前处逡逑于世界领先水平。为完成深海地形勘探与绘制任务，美国伍兹霍尔海洋研宄所研制了逡逑ＡＢＥ自主水下机器人。如图１．１所示，ＡＢＥ长度为２．２ｍ，巡航速度为２ｋｎ，最大浅深可逡逑达到４５００ｍ，采用３个全向推进器，并搭载多种传感器该研究所随后研制了如图逡逑１．２所示的Ｓｅｎｔｒｙ自主水下机器人，其性能相比前者进一步提升，具备更高的巡航速度逡逑与更优秀的操纵性能，能够达到６０００ｍ潜深。此外，Ｓｅｎｔｒｙ良好的流线型设计使其具有逡逑快速上浮与下潜能力，所搭载的先进设备与系统能够支持在一些极端环境下完成作业任逡逑务［丨邋２－１３］。逡逑图１．１邋ＡＢＥ自主水下机器人逦图１．２邋Ｓｅｎｔｒｙ自主水下机器人逡逑２０１４年马航失事客机搜救任务使Ｂｌｕｅｆｍ－２１自主水下机器人来到公众面前，如图逡逑１．３所示。该自主水下机器人由美国蓝鳍机器人公司研发，内部配备侧扫声呐、合成孔逡逑径声呐、多波束侧身声呐、温盐深仪与声学多普勒海流剖面仪等多种设备［１４］。之后，美逡逑国通用动力公司与蓝鳍机器人公司合作研发了邋Ｂｌｕｅｆｉｎ－２１的改进版本逦Ｋｎｉｆｅｆｉｓｈ水雷逡逑探测自主水下机器人

ｍ。，ｅｎｒｙ快速上浮与下潜能力，所搭载的先进设备与系统能够支持在一些极端环境下完成作业任逡逑务［丨邋２－１３］。逡逑图１．１邋ＡＢＥ自主水下机器人逦图１．２邋Ｓｅｎｔｒｙ自主水下机器人逡逑２０１４年马航失事客机搜救任务使Ｂｌｕｅｆｍ－２１自主水下机器人来到公众面前，如图逡逑１．３所示。该自主水下机器人由美国蓝鳍机器人公司研发，内部配备侧扫声呐、合成孔逡逑径声呐、多波束侧身声呐、温盐深仪与声学多普勒海流剖面仪等多种设备［１４］。之后，美逡逑国通用动力公司与蓝鳍机器人公司合作研发了邋Ｂｌｕｅｆｉｎ－２１的改进版本逦Ｋｎｉｆｅｆｉｓｈ水雷逡逑探测自主水下机器人，如图１．４所示ｔ１５］。除了使用合成孔径声呐采集数据，Ｋｎｉｆｅｆｉｓｈ还逡逑能够完成对漂浮与埋设的水雷的识别。逡逑

ｍ。，ｅｎｒｙ快速上浮与下潜能力，所搭载的先进设备与系统能够支持在一些极端环境下完成作业任逡逑务［丨邋２－１３］。逡逑图１．１邋ＡＢＥ自主水下机器人逦图１．２邋Ｓｅｎｔｒｙ自主水下机器人逡逑２０１４年马航失事客机搜救任务使Ｂｌｕｅｆｍ－２１自主水下机器人来到公众面前，如图逡逑１．３所示。该自主水下机器人由美国蓝鳍机器人公司研发，内部配备侧扫声呐、合成孔逡逑径声呐、多波束侧身声呐、温盐深仪与声学多普勒海流剖面仪等多种设备［１４］。之后，美逡逑国通用动力公司与蓝鳍机器人公司合作研发了邋Ｂｌｕｅｆｉｎ－２１的改进版本逦Ｋｎｉｆｅｆｉｓｈ水雷逡逑探测自主水下机器人，如图１．４所示ｔ１５］。除了使用合成孔径声呐采集数据，Ｋｎｉｆｅｆｉｓｈ还逡逑能够完成对漂浮与埋设的水雷的识别。逡逑

【参考文献】

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本文编号：2828306