基于模糊PID的水下机器人运动控制

发布时间：2017-06-11 19:01

本文关键词：基于模糊PID的水下机器人运动控制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近几年来由于海洋不断地被开发和人类无法长时间在水中执行各类工作的需求,水下机器人技术得到了快速的推广,越来越多的人对其更加重视。本文以我室项目“水下状态检查机器人”为研究对象,其主要作用是在高辐射、酸腐蚀、高温等恶劣的核电站水下环境下对物体进行检查测量。为了进一步提升水下机器人运动的精度以便更加精确地完成设定的动作,本文提出了一种基于模糊PID的水下机器人运动控制器,并通过系统仿真与水下试验来论证其在的可行性水下机器人运动控制中。论文在绪论中描述了水下机器人的概念与分类,接着探讨了国内外水下机器人进展动态和趋势,类比总结了几类水下机器人。常。见。的控制方法的。优。缺。点。依据本论文中实验研究对象的结构特征以及现实情况的需求,确定其运动坐标系,由度空间运动学模型建立了水下机器人六自,同时对水下机器人进行了详细的受力分析,然后在此基础上,把模糊P I D控制技术推广到水下机器人中。接下来陈述了一些模糊控制技术、PID控制技术和模糊PID控制技术的相关基础知识,分别设计了适用于水下状态检查机器人纵向潜浮运动的模糊控制器和PID控制器,并在MATLAB软件中进行实验,最后对结果进行分析发现:独自使用这两类控制器会存在一些缺点,模糊控制器的控制并不是很精确而仅只有PID控制器时又难以得到较好的控制效果。因此把二者结合起来设计出一种基于模糊P I D的控制器来控制水下状态检查机器人的动作,同时在WEBOTS软件提供的仿真环境中进行实验,并在真实环境中进行了试验验证。从所有试验的结果可以看出,运用模糊P I D控制的方法显然更具有实用性。
【关键词】：水下机器人 PID控制 模糊PID控制 运动模型
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(光电技术研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

致谢4-5
摘要5-6
Abstract6-11
1 绪论11-21
1.1 引言11-12
1.1.1 水下机器人的概念与分类11-12
1.2 水下机器人国内外研究概况及发展趋势12-18
1.2.1 国外研究概况13-16
1.2.2 国内研究概况16-17
1.2.3 发展趋势17-18
1.3 水下机器人控制技术18-19
1.4 论文的主要工作19-21
2 水下机器人运动模型及性能分析21-35
2.1 引言21
2.2 水下状态检查机器人结构21-22
2.3 水下机器人运动数学模型22-25
2.3.1 坐标系的选取22-23
2.3.2 运动参数的表示23-24
2.3.3 固定坐标系和运动坐标系的转换关系24-25
2.4 空间运动方程25-26
2.5 空间运动受力分析26-32
2.5.1 重力、浮力26-27
2.5.2 推力27-28
2.5.3 流体水动力28-30
2.5.4 水动力系数的获取30-32
2.6 水下机器人运动方程32-34
2.6.1 水平运动方程33
2.6.2 横向运动方程33-34
2.6.3 纵向运动方程34
2.7 本章小结34-35
3 水下机器人模糊控制35-58
3.1 引言35-36
3.1.1 模糊控制35-36
3.2 模糊逻辑数学基础36-40
3.2.1 模糊集合36-37
3.2.2 模糊集合的隶属函数37-38
3.2.3 模糊关系38-39
3.2.4 模糊逻辑推理39-40
3.3 模糊逻辑控制原理40-42
3.3.1 模糊控制系统组成40-41
3.3.2 模糊控制器的结构41-42
3.4 模糊控制器的设计42-49
3.4.1 模糊化43-45
3.4.2 数据库45-46
3.4.3 规则库46-47
3.4.4 推理机47-48
3.4.5 反模糊化48-49
3.5 模糊控制器的MATLAB仿真49-57
3.5.1 MATLAB模糊逻辑工具49
3.5.2 构建模糊控制系统49-53
3.5.3 MATLAB仿真53-57
3.6 本章小结57-58
4 水下机器人模糊PID控制58-70
4.1 引言58
4.1.1 模糊PID控制技术58
4.2 PID控制器的设计58-63
4.2.1 PID控制原理58-62
4.2.1.1 模拟PID59-60
4.2.1.2 数字PID60-62
4.2.2 积分分离式PID控制62-63
4.3 模糊PID控制原理63-65
4.4 模糊PID控制器的设计65-69
4.4.1 模糊PID控制器的结构65
4.4.2 确定语言变量值65-66
4.4.3 参数自整定的模糊控制规则66-68
4.4.4 PID三个参数的计算68
4.4.5 模糊PID控制算法流程图68-69
4.5 本章小结69-70
5 水下状态检查机器人平台仿真实验结果和分析70-86
5.1 引言70
5.2 PID控制器的仿真70-73
5.3 模糊PID控制器的仿真73-84
5.3.1 WEBOTS简介73-74
5.3.2 仿真结果74-77
5.3.3 实验平台的搭建77-79
5.3.4 外场试验79-84
5.4 三种控制器实验结果的比较84-85
5.5 本章小结85-86
6 结论86-89
参考文献89-92
附录A92-94
个人简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果94

【参考文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 柯冠岩;吴涛;李明;肖定邦;;水下机器人发展现状和趋势[J];国防科技;2013年05期

2 宿勇;郭隆华;;美国海军航母及编队导航系统分析[J];舰船科学技术;2012年08期

3 高富东;潘存云;韩艳艳;;Numerical computation and analysis of unsteady viscous flow around autonomous underwater vehicle with propellers based on sliding mesh[J];Journal of Central South University;2012年04期

4 王树新;孙秀军;王延辉;武建国;王晓鸣;;Dynamic Modeling and Motion Simulation for A Winged Hybrid-Driven Underwater Glider[J];China Ocean Engineering;2011年01期

5 张赫;庞永杰;李晔;;潜水器水动力系数计算方法研究[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2011年01期

6 张燕;徐国华;徐筱龙;余琨;;微型开架式水下机器人水动力系数测定[J];中国造船;2010年01期

7 赵笑笑;;基于模糊理论与常规PID控制的模糊PID控制方法研究[J];山东电力技术;2009年06期

8 朱大奇;刘乾;胡震;;无人水下机器人可靠性控制技术[J];中国造船;2009年02期

9 桑恩方;沈郑燕;高云超;;水下机器人关键技术研究[J];机器人技术与应用;2008年04期

10 胡志强;林扬;谷海涛;;水下机器人粘性类水动力数值计算方法研究[J];机器人;2007年02期

中国硕士学位论文全文数据库前3条

1 陆柳延;水下机器人运动控制与路径规划研究[D];扬州大学;2013年

2 郭春杨;堤坝检测水下机器人运动控制技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

3 梁霄;开架式水下机器人运动控制技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2006年

本文关键词：基于模糊PID的水下机器人运动控制，，由笔耕文化传播整理发布。