水下機器人運動控制研究.pdf

1、相比陸地，海洋資源無論探測、開發(fā)、運輸都存在一定的困難。水下機器人作為探索和開發(fā)海洋資源的重要工具，有助于高效開發(fā)海洋資源。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，水下機器人也朝著小型化、智能化發(fā)展。在減小水下機器人體積、重量的同時，也降低了水下機器人抵御外界干擾的能力，給水下機器人的控制帶來難度。本課題研究的重點即小型水下機器人抗干擾設(shè)計，通過設(shè)計水下機器人自平衡控制系統(tǒng)來提高水下機器人穩(wěn)定性。本課題研究的主要任務(wù)是:1）根據(jù)水下機器人運動特點設(shè)計驅(qū)動布

2、局和硬件電路，為算法研究提供硬件基礎(chǔ);2)完成水下機器人運動學(xué)建模分析，利用空間模型研究提高水下機器人運動穩(wěn)定性的控制方法，為控制算法設(shè)計提供依據(jù);3）設(shè)計水下機器人自平衡控制算法，并通過實驗進行驗證。
　　本文研究的具體內(nèi)容如下:
　　首先，因為水下機器人運動自由度較多，各個自由度之間的耦合作用較強。為降低控制難度，將水下機器人空間運動分解為水平運動和垂直運動兩種，采用水平控制和垂直控制分解理念完成對水下機器人驅(qū)動布局的設(shè)

3、計。結(jié)合運動控制系統(tǒng)三要素設(shè)計出符合水下機器人控制要求的電路。
　　其次，對水下機器人進行運動建模仿真。通過建立運動坐標(biāo)系分析水下機器人所受合力作用下的空間狀態(tài)方程，基于空間狀態(tài)方程建立PID控制器。通過理想條件下仿真，驗證了PID控制器在水下機器人控制中可以起到良好的控制效果。
　　再次，結(jié)合水下機器人驅(qū)動布局及硬件電路，為水下機器人設(shè)計運動控制算法。采用傳感器的輸出作為運動控制算法的輸入量和狀態(tài)反饋量，通過PID控制器的