水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制與故障診斷技術(shù)研究.pdf

1、二十一世紀(jì)是人類(lèi)開(kāi)發(fā)和利用海洋的世紀(jì),海洋是人類(lèi)的發(fā)源地和資源寶庫(kù),對(duì)全球的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用?！罢l(shuí)控制了海洋和掌握海洋資源開(kāi)發(fā)的技術(shù),誰(shuí)就掌握了未來(lái)世界的資源寶庫(kù)”,這是對(duì)海洋重要性的高度評(píng)價(jià)。作為人類(lèi)認(rèn)識(shí)和利用海洋資源的重要工具,水下機(jī)器人在海洋資源開(kāi)發(fā)和軍事應(yīng)用方面展示出良好的應(yīng)用前景。運(yùn)動(dòng)控制和故障診斷技術(shù)作為水下機(jī)器人的核心技術(shù),對(duì)其開(kāi)展深入研究具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。論文的主要目的是提出更好的運(yùn)動(dòng)控制

2、算法并實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的故障自主診斷,從而提高水下機(jī)器人在惡劣海洋環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)控制性能和生存能力。
　　 作者以“水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制與故障診斷技術(shù)研究”為題展開(kāi)博士論文研究工作。論文首先簡(jiǎn)要介紹研究對(duì)象的基本情況,闡述水下機(jī)器人的硬件體系和軟件體系結(jié)構(gòu),導(dǎo)出水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真模型,為隨后的運(yùn)動(dòng)控制與故障診斷技術(shù)研究奠定理論基礎(chǔ);為了提高水下機(jī)器人組合導(dǎo)航系統(tǒng)的精度和可靠性,開(kāi)展了聯(lián)邦kalman濾波技術(shù)研究?；谛畔⑹睾阍瓌t,推導(dǎo)出

3、聯(lián)邦kalman濾波算法并完成最優(yōu)性證明。將聯(lián)邦kalman濾波器應(yīng)用于水下機(jī)器人組合導(dǎo)航,通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果分析驗(yàn)證了聯(lián)邦kalman濾波器應(yīng)用于水下機(jī)器人的可行性;考慮到普通S面控制器在系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)存在一定的穩(wěn)態(tài)誤差,本文在S面控制器中引入智能積分以減小穩(wěn)定時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差。將專(zhuān)家系統(tǒng)引入到S面控制器中,構(gòu)建專(zhuān)家S面控制器,借助領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)構(gòu)造控制策略,從而提高控制系統(tǒng)的控制性能?；谄胀⊿面控制器和極板模型控制器的對(duì)比分析,提出了廣義S面控

4、制器,通過(guò)選取不同的S形非線(xiàn)性函數(shù)來(lái)代替普通S面控制器中的Sigmoid函數(shù)以得到不同的S面控制器,相應(yīng)的結(jié)論可以指導(dǎo)控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程;針對(duì)基于解析模型等故障診斷方法魯棒性差的缺點(diǎn),引入滑動(dòng)模念的思想以提高故障診斷的魯棒性。由于閾值判別法分析殘差時(shí)容易受到客觀(guān)因素和主觀(guān)因素的影響引起誤判,本文引入模糊推理的方式來(lái)分析殘差信息以克服閾值判別法判斷不連續(xù)和誤報(bào)率高的缺點(diǎn),大量的仿真試驗(yàn)結(jié)果表明基于模糊推理的殘差分析方法能夠區(qū)分水下機(jī)器人當(dāng)前

5、是處于狀態(tài)調(diào)整階段還是狀態(tài)異常階段,從而大大提高了故障診斷的準(zhǔn)確性,有利于故障診斷魯棒性的提高;針對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于故障診斷存在的缺點(diǎn),將模糊邏輯與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合構(gòu)造模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以彌補(bǔ)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的不足,闡述了一種模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),推導(dǎo)出基于最小調(diào)整的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)率以確保當(dāng)前學(xué)習(xí)樣本的調(diào)整結(jié)果對(duì)歷史數(shù)據(jù)改變最小;對(duì)水下機(jī)器人傳感器信息做小波變換,利用小波變換極值點(diǎn)來(lái)檢測(cè)信號(hào)的突變故障。為了消除環(huán)境噪聲的影響,引入了閾值法,通過(guò)對(duì)小波變換的高頻系數(shù)