观测型ROV航行控制系统设计及运动控制技术研究

发布时间：2017-04-24 07:13

  本文关键词：观测型ROV航行控制系统设计及运动控制技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着海洋探索和开发的不断深入,海底空间站和载人穿梭机将在不久的将来得到研制和应用。为了更好的辅助运维机与空间站完成交互对接工作,需要在载人穿梭机上搭载ROV,以完成对接前的环境探测和对接中的辅助观测工作。由于在水下检修设备的困难性以及辅助观测任务的重要性等因素,载人穿梭机对机载ROV的航行控制性能提出了更高的设计要求。因此,为了研制能够适用于海底载人穿梭机的机载ROV,本课题以“海螺Ⅱ型”观测型ROV为研究对象,对ROV的航行控制系统、推力控制分配问题以及运动控制技术进行了深入的研究。全文共分六章：第一章,主要介绍了本课题的研究背景和意义,水下运载器的国内外发展现状,并对ROV航行控制系统、推力控制分配和运动控制等关键技术进行概述,简述了本课题的研究目标和主要内容。第二章,基于海底载人穿梭机对搭载ROV的设计要求,提出了ROV航行控制系统和运动控制技术的功能需求和技术指标需求,确定了“海螺II型"ROV航行控制系统的总体设计方案以及航行控制软件的功能和性能需求,明确了ROV推力控制分配问题及艏向和深度闭环运动控制的研究方案。第三章,搭建了航行控制软件开发的软硬件平台,介绍了航行控制软件的模块化设计以及软件的详细设计和实现过程,最后通过水池实验对航行控制软件的各项功能以及综合性能进行测试。第四章,基于“海螺Ⅱ型”ROV的推进系统,建立了推力控制分配的优化目标函数和约束条件,设计了基于遗传优化算法的推力控制分配方法,采用仿真实验对比了所设计的推力分配方法和伪逆分配方法,验证了遗传优化推力分配算法的有效性和优越性。第五章,建立了“海螺Ⅱ型”ROV的艏向和深度闭环控制动力学模型,设计了“海螺Ⅱ型”ROV的模糊自适应PID运动控制器,完成了运动控制算法的纯虚拟和半实物仿真实验,最后通过水池实验测试了艏向和深度闭环控制的控制性能。第六章,对全文的主要研究工作进行了总结,并对其存在的不足提出了进一步研究和改进方向。
【关键词】：观测型ROV 航行控制系统 推力控制分配 运动控制技术 模糊自适应PID控制
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.82;U674.941;TP273
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 第1章 绪论16-28
• 1.1 课题研究背景16-17
• 1.2 水下运载器概述17-22
• 1.2.1 水下运载器的分类和用途17-18
• 1.2.2 水下运载器的国内外发展现状18-22
• 1.3 ROV航行控制相关技术的研究进展22-25
• 1.3.1 航行控制系统概述22-23
• 1.3.2 运动控制方法概述23-24
• 1.3.3 推力控制分配方法概述24-25
• 1.4 课题研究的目标与内容25-28
• 第2章 航行及运动控制系统设计要求和方案确定28-42
• 2.1 ROV航行及运动控制系统设计要求28-30
• 2.2 “海螺Ⅱ型”ROV系统介绍30-34
• 2.2.1 总体结构和设计指标30-32
• 2.2.2 主要工作原理32-33
• 2.2.3 有控制系统存在的问题33-34
• 2.3 航行控制系统总体设计方案34-37
• 2.3.1 航行控制系统总体设计34-36
• 2.3.2 航行控制软件功能和性能需求36-37
• 2.4 运动控制技术研究方案确定37-41
• 2.4.1 推力控制分配问题分析37-38
• 2.4.2 艏向和深度闭环控制分析38-41
• 2.5 本章小结41-42
• 第3章 ROV航行控制软件的设计与实现42-56
• 3.1 航行控制软件的开发平台搭建42-44
• 3.2 航行控制软件的模块化设计44-45
• 3.3 航行控制软件的详细设计和实现45-53
• 3.3.1 系统通讯协议设计45-49
• 3.3.2 多线程编程和优先级设计49-50
• 3.3.3 主要模块的程序设计50-53
• 3.4 航行控制软件功能测试实验53-55
• 3.5 本章小结55-56
• 第4章 基于遗传优化算法的ROV推力控制分配研究56-72
• 4.1 “海螺Ⅱ型”ROV推进系统56-62
• 4.1.1 推力分配控制系统56
• 4.1.2 推进器布置56-59
• 4.1.3 推进器性能分析59-62
• 4.2 “海螺Ⅱ型”ROV推力控制分配研究62-67
• 4.2.1 推力控制分配函数62-63
• 4.2.2 遗传算法原理63-64
• 4.2.3 推力分配算法设计64-67
• 4.3 仿真实验及结果分析67-70
• 4.4 本章小结70-72
• 第5章 “海螺Ⅱ型”ROV艏向和深度闭环控制研究72-100
• 5.1 “海螺Ⅱ型”ROV动力学建模72-78
• 5.1.1 水下机器人动力学建模72-74
• 5.1.2 水动力学建模74-75
• 5.1.3 水下机器人静力学分析75-76
• 5.1.4 “海螺Ⅱ型”ROV艏向和深度闭环控制模型76-78
• 5.2 PID控制和模糊控制技术78-81
• 5.2.1 PID控制原理78-79
• 5.2.2 模糊控制原理79-81
• 5.3 “海螺Ⅱ型”ROV模糊PID运动控制器设计81-89
• 5.3.1 普通PID运动控制器设计81-82
• 5.3.2 模糊自适应PID运动控制器设计82-89
• 5.4 虚拟仿真实验研究89-91
• 5.4.1 “海螺Ⅱ型”ROV仿真模型建立89-90
• 5.4.2 仿真实验及结果分析90-91
• 5.5 半实物仿真实验研究91-96
• 5.5.1 半实物仿真概述91-92
• 5.5.2 半实物仿真平台搭建92-94
• 5.5.3 半实物仿真实验94-96
• 5.6 水池实验研究96-98
• 5.6.1 艏向闭环控制性能96-97
• 5.6.2 深度闭环控制性能97-98
• 5.7 本章小结98-100
• 第6章 总结和展望100-104
• 6.1 全文总结100-101
• 6.2 工作展望101-104
• 参考文献104-109

【共引文献】

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本文编号：323785