懸停式AUV關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著海洋工程和海底探測(cè)對(duì)懸停式AUV的需求日益強(qiáng)烈，開發(fā)一種高度自治并可實(shí)現(xiàn)精確定點(diǎn)作業(yè)和調(diào)查的懸停式AUV是非常有意義的。
　　 在上海交通大學(xué)海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室部屬課題“懸停式AUV 關(guān)鍵技術(shù)研究”的支持下，本文進(jìn)行了懸停式AUV 試驗(yàn)平臺(tái)“MM-01”的研制工作，完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與集成，以實(shí)時(shí)視覺信息處理技術(shù)為前提，研究了視覺導(dǎo)航系統(tǒng)；建立AUV的簡(jiǎn)化動(dòng)力學(xué)模型，采用基于行為的控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了AUV的自治控制策略，最終進(jìn)

2、行系統(tǒng)的Simulink 建模仿真，驗(yàn)證了控制策略的有效性。
　　 首先按照系統(tǒng)的功能需求，完成AUV 運(yùn)動(dòng)控制和視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，集成了所需的傳感器和推進(jìn)器，基于EPC2900 MiniISA 系列板卡搭建了系統(tǒng)的底層硬件運(yùn)動(dòng)控制器，為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證提供了試驗(yàn)平臺(tái)。之后在視覺處理軟件HALCON的支持下進(jìn)行了基于視覺的水下定位技術(shù)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了視覺系統(tǒng)在狹小水下環(huán)境下定位的有效性。
　　 為了進(jìn)行仿真驗(yàn)證，根據(jù)

3、本AUV 低速運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)推導(dǎo)建立了簡(jiǎn)化的AUV 動(dòng)力學(xué)線性模型，結(jié)合實(shí)體參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出一階水動(dòng)力系數(shù)，并以推進(jìn)器的推力作為唯一的控制力加入到模型中，最后得到模型的狀態(tài)方程形式。
　　 基于行為的體系結(jié)構(gòu)和模糊控制算法適用于無(wú)法建立精確模型的情況。本文通過(guò)查閱國(guó)外大量的文獻(xiàn)和相關(guān)書籍，基本掌握了基于行為的控制結(jié)構(gòu)和模糊邏輯控制理論的基本原理和設(shè)計(jì)方法，在此基礎(chǔ)上開展了懸停式AUV 自治控制策略的初步研究。設(shè)計(jì)了AUV的三個(gè)基

4、本行為：
　　 漫游、巡航和避障，漫游行為在失去導(dǎo)航信息時(shí)進(jìn)行大范圍回轉(zhuǎn)，巡航行為完成三維空間的預(yù)編程軌跡遍歷，避障行為完成圓柱形障礙物的避讓，采用基于優(yōu)先級(jí)的方式進(jìn)行仲裁，通過(guò)三者的有序協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)AUV 從任務(wù)起始點(diǎn)航行到目標(biāo)點(diǎn)的任務(wù)。
　　 最后在Simulink 環(huán)境下對(duì)包含高層自治控制模塊、傳感器與環(huán)境模塊、潛器和運(yùn)動(dòng)控制模塊的整個(gè)AUV 系統(tǒng)進(jìn)行了建模仿真。仿真結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的基于行為的控制結(jié)構(gòu)是有效的。仿真