基于終端滑模的水下機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著海洋開(kāi)發(fā)腳步的逐漸加快，水下作業(yè)任務(wù)也日趨復(fù)雜。水下機(jī)械手作為海洋開(kāi)發(fā)如海底打撈、海洋資源勘探、海底管道鋪設(shè)與檢修等的重要工具，其整體作業(yè)性能要求（可靠性、準(zhǔn)確性、靈活性及自主性等）也不斷提升，因此水下機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究具有重要意義和實(shí)用價(jià)值。
　　本文以水下機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)為研究對(duì)象，以本課題組自行研制的水下機(jī)械手為載體，總結(jié)了水下機(jī)械手裝置及運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀，進(jìn)行了水下機(jī)械手控制系統(tǒng)研制、運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析、運(yùn)

2、動(dòng)控制算法研究及運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)等相關(guān)工作。
　　本文分析了國(guó)內(nèi)外水下機(jī)械手系統(tǒng)及其運(yùn)動(dòng)控制方法的研究現(xiàn)狀，全面總結(jié)了水下機(jī)械手系統(tǒng)及主要運(yùn)動(dòng)控制方法的研究成果及存在的問(wèn)題，為本文對(duì)水下機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究工作的開(kāi)展奠定了基礎(chǔ)。
　　為了研究水下機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，本文基于上下位機(jī)主從式控制思想研制了水下機(jī)械手控制系統(tǒng)。通過(guò)分析機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制要求，確定控制系統(tǒng)的總體方案，進(jìn)行功能模塊劃分，并對(duì)各模塊進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)。在硬件電路

3、設(shè)計(jì)過(guò)程中，針對(duì)功率電路引起的電磁干擾及電流波動(dòng)問(wèn)題，本文給出了光電隔離設(shè)計(jì)方法，該方法可將數(shù)字電路、模擬電路及功率電路有效隔離，減少它們之間的耦合關(guān)系。通過(guò)分析控制系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)，進(jìn)行軟件模塊劃分，并詳細(xì)闡述了各模塊的主要任務(wù)，給出了具體實(shí)現(xiàn)流程圖。
　　針對(duì)該水下機(jī)械手進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，并根據(jù)實(shí)際工作要求對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。首先從機(jī)械手的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)著手，根據(jù)Denavit-Hartenberg方法建立正向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，而

4、實(shí)際應(yīng)用中逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)往往比正向運(yùn)動(dòng)學(xué)更重要，因此在正向運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)上進(jìn)行逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)求解，建立逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程;其次利用Lagrange方法對(duì)機(jī)械手進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，并分析在水環(huán)境中水動(dòng)力對(duì)其產(chǎn)生的影響，完善了機(jī)械手在水環(huán)境中的動(dòng)力學(xué)模型;最后以運(yùn)動(dòng)軌跡平滑和作業(yè)時(shí)間最短為原則，對(duì)機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃。
　　在運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)水下機(jī)械手進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)控制研究。設(shè)計(jì)了Fuzzy-PID控制器對(duì)該機(jī)械手進(jìn)行控制，并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，

5、得出了此控制器對(duì)該水下機(jī)械手控制精度較低，自適應(yīng)能力較差的結(jié)論。為了更深入的對(duì)水下機(jī)械手控制方法進(jìn)行研究以進(jìn)一步提高軌跡跟蹤控制精度，本文提出了一種自適應(yīng)終端滑模控制方法，該方法引入了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)械手模型中的不確定項(xiàng)進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，將網(wǎng)絡(luò)輸出用于控制律，提高系統(tǒng)的控制精度，并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　本文以水下機(jī)械手為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)水下機(jī)械手控制系統(tǒng)進(jìn)行了考機(jī)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了其長(zhǎng)時(shí)間工作的可靠性和穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)之上對(duì)本文提出的自適