超小型水下機(jī)器人的設(shè)計(jì)和控制.pdf

1、本文針對(duì)超小型水下機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)中存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種新的超小型水下機(jī)器人的沉浮結(jié)構(gòu)形式，著重研究了其運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)性能、探討了相應(yīng)控制算法、進(jìn)行了水下試驗(yàn)，具體研究?jī)?nèi)容如下： 首先，超小型水下機(jī)器人由于體積小重量輕，在水中沉浮時(shí)懸停平衡控制困難，為此進(jìn)行了一種新的活塞式沉浮系統(tǒng)設(shè)計(jì)(發(fā)明專利已授權(quán))，該系統(tǒng)使水下機(jī)器人能夠在無(wú)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的情況下，使其呈水平狀態(tài)穩(wěn)定懸浮在水中。論文還對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的推力和阻力進(jìn)行了分析和計(jì)算。

2、其次，超小型水下機(jī)器人是一種多參數(shù)、耦合性較強(qiáng)的系統(tǒng)，針對(duì)本文提出的結(jié)構(gòu)形式，在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的解耦。在此基礎(chǔ)上，對(duì)水下機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了變結(jié)構(gòu)PID控制、優(yōu)化調(diào)整參數(shù)控制、增加干擾水流信號(hào)的控制。通過(guò)一系列仿真及樣機(jī)試驗(yàn)研究表明：變結(jié)構(gòu)PID控制對(duì)本文設(shè)計(jì)的沉浮系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，能達(dá)到一定的懸?？刂菩Ч?。在無(wú)干擾水流情況下，水中推進(jìn)響應(yīng)速度較快，能夠滿足控制要求；在小擾動(dòng)水流時(shí)，PID控制能夠?qū)崿F(xiàn)推進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制，但穩(wěn)定性有所下降。為此，對(duì)沉浮

3、運(yùn)動(dòng)采用了灰模型PID控制的方法，結(jié)果表明其控制性能和穩(wěn)定性均優(yōu)于變結(jié)構(gòu)PID控制，且有較大的抗水流能力。 設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的軟硬件和通訊系統(tǒng)，該超小型水下機(jī)器人的控制系統(tǒng)以多機(jī)通訊的方式分別控制沉浮系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng)。能夠?qū)崿F(xiàn)上位PC機(jī)和整機(jī)之間的通訊和控制。 針對(duì)本文的超小型水下機(jī)器人，首次建立了基于模糊語(yǔ)言的模糊逆模型，構(gòu)造了其動(dòng)力學(xué)模型的模糊控制規(guī)則庫(kù)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的模糊控制器；給出了雙螺旋槳水下機(jī)器人保持航向的模糊控制

4、策略；仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，該模型比變結(jié)構(gòu)PID模型有更好的抗干擾控制能力。針對(duì)模糊逆模型不容易建立的問(wèn)題，本文還對(duì)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線逆模型辨識(shí)，進(jìn)行自適應(yīng)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的方法進(jìn)行了探討，給出了控制框圖。 最后，用論文中研制的活塞式超小型水下機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在水箱進(jìn)行了水下試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了論文研究工作的正確性和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的有效性。 本超小型水下機(jī)器人在設(shè)計(jì)過(guò)程中申請(qǐng)了三項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利，一項(xiàng)實(shí)用新型專利，其中三項(xiàng)已經(jīng)