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1、SHIPENGINEERING船舶工程Vol.28No.42006總第28卷，2006年第4期高速無舵翼水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制研究甘永，萬磊，龐永杰（哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院，哈爾濱150001）摘要：通過改進(jìn)傳統(tǒng)水下機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)中的執(zhí)行層、控制層和感知層，提出了無舵翼水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，使得水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)在保持原有精確定位的功能外，也能完成遠(yuǎn)距離高速航行等任務(wù).具體的改變包括執(zhí)行層中的推進(jìn)器布置方式以及推力分配方案、控制層中的控制方法以及在感知層中加入局部目標(biāo)規(guī)劃器，這些改變解決了高速航行給無舵翼水下機(jī)器人帶
2、來的一系列問題.海上進(jìn)行的對(duì)比試驗(yàn)和遠(yuǎn)距離長航試驗(yàn)，驗(yàn)證了無舵翼水下機(jī)器人在所提出的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制下是可以滿足任務(wù)要求的.關(guān)鍵詞：水下機(jī)器人；無舵翼水下機(jī)器人；高速；運(yùn)動(dòng)控制；執(zhí)行層；控制層；感知層中圖分類號(hào)：TP242文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-6982(2006)04-0022-05Researchonmotioncontrolofhigh-speedunderwatervehicleswithoutrudderandwingGANYong,WANLei,PANGYong-jie(ShipEngineeringCo
3、llege,HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,China)Abstract:Amotioncontrolsystemforhigh-speedunderwatervehicleswithoutrudderandwingispresentedinthepaperbymodifyingtheexecutive,controlandperceptionlayerofthesystemarchitectureoftraditionalunderwatervehicles.Thenewsy
4、stemcanfinishtaskssuchaslongdistanceandhighspeedvoyagewhilethedynamicpositioningfunctionisreserved.Byadjustingthedeploymentandthrustallocationofthrustersintheexecutivelayer,thecontrolmethodinthecontrollayerandaddinglocalplannerintheperceptionlayer,thecontrolsystemca
5、nsolveproblemscausedbyhighspeed.Alotofexperimentsincludingcomparisontestsandlongdistancetestsareconductedinsea.Theexperimentsshowthathigh-speedunderwatervehicleswithoutrudderandwingthepresentedcontrolsystemcontrolledcanmeettherequirementsoftasks.Keywords:underwaterv
6、ehicles;underwatervehicleswithoutrudderandwing;high-speed;motioncontrol;executivelayer;controllayer;perceptionlayer0引言改進(jìn)傳統(tǒng)無舵翼水下機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)中的執(zhí)行層、控[2]水下機(jī)器人已經(jīng)成為完成各種水下任務(wù)的重要工制層和感知層，提出了無舵翼水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控[1]具.低速航行的水下機(jī)器人各個(gè)自由度的耦合效應(yīng)制系統(tǒng)，使得水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)不僅具有精并不明顯，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)一般忽略各個(gè)自由度之間確定位的性能，同
7、時(shí)也能完成遠(yuǎn)距離高速航行等任務(wù).的相互影響.國內(nèi)外設(shè)計(jì)的1m/s航速的水下機(jī)器人都海上試驗(yàn)驗(yàn)證了所提出的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可以滿足無舵屬于低速航行水下機(jī)器人.遠(yuǎn)距離航行的水下機(jī)器人翼水下機(jī)器人的任務(wù)要求.的航速至少為2m/s，由于耦合效應(yīng)的存在，高速運(yùn)動(dòng)水下機(jī)器人的縱向運(yùn)動(dòng)對(duì)于其他各自由度以及推進(jìn)系1無舵翼水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模型統(tǒng)都產(chǎn)生了較大的影響.本文以哈爾濱工程大學(xué)研制考慮到水下機(jī)器人一般存在三個(gè)平面的對(duì)稱，水[3]的“智水-IV”型自主式水下機(jī)器人為研究對(duì)象，通過下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模型可以簡化為：收稿日期：2005-07-25；修回日
8、期：2005-10-29作者簡介：甘永（1982-），男，博士研究生，研究方向：水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制.—22—Mν"+++CDG()ννν()ν=T（1）導(dǎo)管推進(jìn)器來控制運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，在低速情況下仍采用槽νν式中，ν＝[uvwpqr]為六個(gè)自由度上的運(yùn)動(dòng)速度道推進(jìn)器來實(shí)現(xiàn)精確定位.
