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《水下自治機器人底層運動控制設(shè)計與仿真》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、水下自治機器人底層運動控制設(shè)計與仿真摘要水下自治機器人具有如下特點：動力學(xué)模型存在高度非線、強耦合、時變和參數(shù)不確定等特征，工作時受浪、流等環(huán)境因素干擾大，水下作業(yè)對空間姿態(tài)和路徑等常有特殊要求等。水下自治機器人的上述特點對控制系統(tǒng)提出了較高的要求，既要有較強的魯棒性、自適應(yīng)性，還必須具有足夠的運動控制精度。目前，水下自治機器人底層運動控制仍是水下自治機器人技術(shù)的重要難題之一，亟待解決。本文研究工作主要圍繞水下自治機器人底層運動控制開展，主要包括：水下機器人的機理建模、虛擬樣機建模與應(yīng)用、空間姿態(tài)角動態(tài)控制和軌跡跟蹤等幾個方面。研究結(jié)論可為高層決策的執(zhí)行提供良好的操控
2、基礎(chǔ)，為控制策略的制定提供依據(jù)，對于提高AUV總體性能有重要的實際應(yīng)用意義。具體研究內(nèi)容如下：1．建立海洋環(huán)境中水下機器人動力學(xué)模型和空間運動學(xué)方程，并針對課題組開發(fā)的AUV樣機C．Ranger的機械本體特點，對機理模型進行簡化與分解。2．利用虛擬樣機分析軟件ADAMS和控制仿真軟件№TLAB／Si舢1ink聯(lián)合建立水下機器人虛擬樣機系統(tǒng)，在分析虛擬樣機系統(tǒng)機理模型的基礎(chǔ)上，給出了虛擬樣機物理模型及控制模型的建立過程：并利用該虛擬樣機系統(tǒng)對設(shè)計的AUg空間動態(tài)定位控制算法進行基于動力學(xué)基礎(chǔ)的仿真分析，仿真結(jié)果表明虛擬樣機系統(tǒng)具有智能控制與動態(tài)控制交互仿真演示和AUV功
3、能測試的能力。3．將滑模變結(jié)構(gòu)控制器應(yīng)用到水下機器人姿態(tài)隨動控制上，在分析滑模變結(jié)構(gòu)控制原理及水下機器人姿態(tài)控制模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計出雙環(huán)滑模姿態(tài)控制器，利用MATLAB編出主控程序，并進行了空間姿態(tài)控制仿真；仿真結(jié)果表明，設(shè)計的雙環(huán)滑模姿態(tài)控制器能夠使水下機器人快速準確地響應(yīng)控制指令，實現(xiàn)預(yù)定的控制目標。4．在分析PF軌跡跟蹤問題的數(shù)學(xué)模型和非奇異終端滑?？刂茩C理的基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于非奇異終端滑?？刂频难埠剿俣瓤刂破?、位置控制器和航向角度控制器三個子控制程序，并建立了軌跡跟蹤主控程序；依據(jù)C．Ranger具體參數(shù)，進行軌跡跟蹤仿真，仿真結(jié)果表明控制器設(shè)計有效，跟蹤效果
4、良好。5．在虛擬環(huán)境中建立海底建筑群模型，導(dǎo)出樣本地圖，將設(shè)計的軌跡跟蹤主程序嵌入到虛擬樣機系統(tǒng)中，進行全景綜合仿真驗證；仿真的過程及結(jié)果再次證明，路徑跟蹤控制算法設(shè)計有效、虛擬樣機系統(tǒng)的可行。關(guān)鍵詞：水下自治機器人；虛擬樣機；姿態(tài)控制；軌跡跟蹤AUVUnderIYingMotionOontroIDesignandSimuIationAbstractAutonomousUnderwater眙6ielehasthefollowingcharacteristies：highlynonlinear,stronglycoupled，time-variableanduncert
5、ain,disturbedbycurrentandwave．a(chǎn)ndsometimesithasspecialrequirementforspaceattitudeandpath．Forthesereasons，AUV’scontrolsystemmusthaveadequateprecisiononmotioncontrol，andshoedhavestrongrobustandnon[inearadaptabilitytofittherequirementsmentionedabove．AutonomousUnderwaterVehicleunderlyingmot
6、ioncontrolsystemisonekeyproblemofAUV’Stechnology．Researchon心烈jsunderlyingmotioncontrol。including心烈modelbuildingandsimulation，attitudecontrol，pathfollowingcontrol，supportshigh-leveldecisionmakingandimplementing、析tllgoodcontrolperformance．Andthishasveryimportantpracticalmeaninginimproving
7、AUV’Sperformance．田1emaincontributionofthisdissertationissummarizedasfollowing：1．Buildingofdynamicmodelandkinematicmodelinmarineenvironment；SimplifyanddisassembleequationsofspatialmotionbasedontheanalysisofthemechanicalcharacteristicofC．RangerdesignedbyourR&Dteam．2．Avirtualproto
