模型参数不确定的水下机器人轨迹追踪算法设计与实现

发布时间：2020-11-21 01:43

　　 21世纪是海洋的世纪,海洋将成为人类生存与发展的新空间。走向海洋、经略海洋、维护海权,必须以强大的海洋观测能力尤其是对目标轨迹追踪能力作为技术支撑。水下机器人作为一种远程控制的移动作业载体,为水下目标轨迹追踪任务的实现提供了新思路。现有追踪控制器中大多要求水下机器人动力学模型精确已知,然而受水下环境扰动等不确定因素影响,水下机器人非线性动力学模型难以精确。针对上述问题,本文考虑自主水下机器人(AUV)模型参数不确定约束,开展水下机器人轨迹追踪算法研究,本文的主要研究工作如下几个方面:(1)针对已有水下机器人难以二次开发问题,在硬件上组装了水下机器人,软件上自主设计开发程序,搭建了水下机器人的实验系统,以确保设计的轨迹追踪算法能有效嵌入到水下机器人控制系统中,为理论研究成果的实验验证提供了保障。(2)针对模型参数不确定的水下机器人轨迹追踪问题,设计了一种基于T-S模糊模型的水下机器人控制器,以实现水下机器人在模型参数不确定下的有效追踪,提高系统控制品质。最后通过仿真结果表明在模型参数不确定的情况下,所提出的T-S模糊控制器可以实现有效的轨迹追踪。(3)针对已有水下机器人的定位与追踪通常都是分开研究的问题,存在定位难、追踪差的不足,提出了在异步时钟下AUV联合定位与追踪算法设计。首先设计了一种异步定位算法,对AUV的位置进行精确估计;然后根据估计的位置和AUV易受干扰的特点,设计了一种无模型自适应控制器,以提高轨迹追踪算法的控制精度。
【学位单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP242
【部分图文】：

图 2-5 STM32F407 核心板口协议分别接受接收 UWB 定位模块和陀螺仪I 协议由无线数据传输模块接收的控制命令，然标数据计算出输入控制量，最后通过定时器将输信号，PWM 信号控制电机驱动进而对电机进行32F407 作为水下机器人控制系统的微控制器，能该芯片的抗干扰能力较强，STM32F407 核心板种新型无线通信技术，具有传输速率快、功耗低仅具有工作电压低、速度快、多频点、低功耗和制快速变化的脉冲，使信号具有 GHz 带宽。它输信号功率谱密度低和抗截取能力强等特点，可

具有传输速率快、功耗低的特点。 如图2-6 所示，该模块不仅具有工作电压低、速度快、多频点、低功耗和应用成本便宜的特点，而且可直接调制快速变化的脉冲，使信号具有 GHz 带宽。它同时也具有对信道衰落不敏感、传输信号功率谱密度低和抗截取能力强等特点，可以提供厘米级的定位精度。一方面，它可以满足水下弱通信环境中数据的实时可靠传输；另一方面可以实现陆地数据的实时快速传输。本模块 MCU 采用 M4 系列 MCU，提供系统运行速度，并通过优化算法，提升测距性能，高频率的测距性能，为后续对测距数据进行滤波处理提供了充足的数据样本。滤波后测距结果的波动大大降低，空旷静止状态可以实现厘米级的波动，同时运动状态下的数据波动也较其他产品大幅降低。本模块可以应用于各类的室内外测距以及定位的应用，实现点对点测距和对目标的定位功能，由于室内无法使用北斗卫星系统进行室内定位，本模块可以实现室内的定位功能，满足于机器人和飞行器等在室内的定位、导航的应用。模块板载 USB、

标签 C 基站与标签测距A 基站 C 基站将测距信息返回给 2-8)采用高精度的陀螺仪加速度计 MPU6050读取 MPU6050 的测量数据，采用实用高效的降低测量过程中的噪声干扰，并且可以精确的易用的串口协议输出有效的重要数据。该模块数据输出的稳定性较好，与其它倾角仪相比较布局精致、用料十足，保证了陀螺仪受到外界据的准确度高。同时陀螺仪模块也保留了 I2C数据的特殊用户的需求。该模块内部具有稳压以模块的可替换性较高。
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本文编号：2892325