水下機器人運動姿態(tài)控制技術研究

《水下機器人運動姿態(tài)控制技術研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。

1、密級公開分類號ＴＰ２４２．３＇ＡＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＸＩＩＣＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ碩士學位論文題目：水下機器人運動姿態(tài)控制技術研究作者：趙彥飛指導教師：田軍委教授申請學位學科：機械電子工程２０１８年５月４日水下機器人運動姿態(tài)控制技術研究學科：機械電子工程研究生簽字：指導老師簽字：摘要由于陸地資源的逐漸匱乏，人們開始對海洋不斷的進行研究和開發(fā)。因此水下機器人就成為了開發(fā)海洋資源的重要手段之一，它可以代替人在海洋中完成一些高難度的水下探測以及水下作業(yè)等任務，所以在很多領域中都用到了水下機器人技術。在研究水下機器人技術中

2、最核心的就是運動姿態(tài)控制技術，所以本文就對水下機器人的運動姿態(tài)控制技術進行展開研究。首先，本文根據(jù)水下機器人的功能要求和性能指標提出了總體運動控制方案，并且詳細的介紹了水下機器人在水中是如何完成運動控制的；由于實驗條件的限制無法對水下機器人進行水下實驗，利用SolidWorks完成了模擬運動控制平臺結構的三維建模，并且對水下機器人的姿態(tài)傳感器以及推進器進行了成功的調試。其次，本文建立了水下機器人的運動空間坐標系和六自由度空間運動模型。在對水下機器人的受力情況做出了詳細的分析的基礎上，將水下機器人的水下空間運動解耦為垂直面和水平面的運動。接著利用運動學方程對平面運動進行數(shù)學表

3、達，分別推導了艏向角、縱傾角和深度的運動學方程以及得出了它們各自的傳遞函數(shù)，并進行了開環(huán)仿真。然后，本文對PID控制系統(tǒng)做了詳細的介紹，利用PID控制算法對水下機器人的運動姿態(tài)進行控制。利用MATLAB軟件中的simulink模塊對PID控制器進行設計，并對縱傾角、偏航角、深度分別進行了閉環(huán)仿真。從它們的單位階躍響應曲線可以明顯看出，傳統(tǒng)的PID控制能夠勝任該控制對象的運動控制。但是，系統(tǒng)存在著超調量偏大，不穩(wěn)定等問題。最后，本文利用傳統(tǒng)的PID控制和模糊控制結合成一種新型的模糊PID控制，這種控制器具有模糊控制和PID控制兩者的優(yōu)點，并利用MATLAB工具設計出了模糊PI

4、D控制器。通過傳統(tǒng)的PID控制和模糊PID控制分別對縱傾角、偏航角、深度分別進行了閉環(huán)仿真。從它們的單位階躍響應曲線可以明顯看出：模糊PID控制比傳統(tǒng)PID控制具有響應速度快、超調量小、穩(wěn)定性強的優(yōu)點，達到了設計指標的要求，所以模糊PID控制更能勝任水下機器人的運動姿態(tài)控制。關鍵詞：水下機器人；運動控制；PID控制；模糊PID控制ResearchonMotionattitudeControlTechnologyofUnderwaterVehicleDiscipline:mechatronicengineeringStudentSignature:SupervisorSign

5、ature:AbstractBecauseofthecontinuousscarcityoflandresources,peoplebegantoresearchanddeveloptheocean.Therefore,underwatervehiclehasbecomeoneoftheimportantmeanstodevelopmarineresources.Itcanreplacepeopleintheoceantocompletesomedifficultunderwaterexplorationandunderwateroperationsandothertask

6、s.Therefore,theunderwatervehicletechnologyisusedinmanyfields.Themotionattitudecontroltechnologyisthecoreintheresearchofunderwatervehicletechnology,sothispaperstudiesthemotionattitudecontroltechnologyofunderwatervehicle.Firstofall,accordingtothefunctionrequirementandperformanceindex,thispap

7、erproposestheoverallmotioncontrolschemeofunderwatervehicle,andintroducesindetailhowtheunderwaterrobotcancompletethemotioncontrolinwater.Duetothelimitationoftheexperimentalconditions,theunderwaterrobotcannotbetestedunderwater,the3Dmodelingofsimulatedmotioncontr