水下自航行器运动控制研究

发布时间：2020-05-10 10:49

【摘要】： 海洋监测技术是海洋科学研究与海洋资源探索的重要保证。水下自航行器(AUV)是海洋监测仪器的搭载平台,也是获取海洋监测数据的关键装备。本文以自主研制的具有变浮力系统、可着陆坐底的水下自航行器(AUV with Variable Buoyancy System)为依托,描述了水下自航行器系统的总体结构,并建立了系统的动力学模型;然后,设计了高性能的模糊PID控制器;最后,研究了水下自航行器的避障及编队问题。 针对PID控制器参数整定问题的局限性,本文设计了模糊PID控制器,该控制器将专家经验应用于PID参数调节中,集模糊控制和PID控制的优点于一身,提高了系统的鲁棒性。 针对水下自航行器在水下航行过程的避障问题,本文提出了一种基于声纳的避障方法。通过声纳的探测数据来判断障碍物的特征,实现了水下自航行器的安全避障。 多机器人系统是机器人发展的必然趋势,实现编队是多水下机器人系统的基础。本文研究了水下自航行器的编队问题,提出了一种基于虚拟leader的编队策略,该策略增加了队形反馈,保证了队形控制的可靠性。
【图文】：

建立其普遍、规范、实用的数学模型备受关注。本章把本实验室自主研制的可着陆水下自航行器作为刚体，将水动力、重力、浮力等作为外力，根据坐标系及坐标变换推导出其运动学方程，根据动量定理和动量矩定理建立其动力学方程。将数学模型按纵向运动和横向、横滚运动进行了简化，并进行了数值仿真。2.2 水下自航行器总体结构本文研究对象是本实验室自主研制开发的具有变浮力系统的可着陆水下自航行器(AUV)。参考文献[49]、[50]、[51]根据可着陆水下自航行器的设计目标、功能要求及工作过程，按照先总体后局部的方法，对可着陆水下自航行器总体系统布局进行了规划，，设计了满足功能要求的单元模块，并兼顾了小型化、模块化、经济性、水动力特性、操纵性、可靠性等方面的要求。设计的可着陆水下自航行器的总体结构图如图 2-1 所示。电池舱垂直舵尾舱 主舱GPS与发射装置

(c)图 3-10 模糊 PID 控制器的非线性对应关系-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-40-35-30-25-20-15-10-50x(m)(zm)PID模 糊 PID图 3-11 模糊 PID 与 PID 控制仿真结果对比
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH766

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本文编号：2657189