遙控式水下機(jī)器人PID運(yùn)動(dòng)控制算法優(yōu)化研究.pdf

1、隨著海洋研究與開發(fā)的不斷深入,水下機(jī)器人成為人們完成各種水下任務(wù)的重要輔助工具,其中遙控式水下機(jī)器人(ROV)在海洋開發(fā)的很多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。ROV工作在復(fù)雜的海洋環(huán)境中,具有運(yùn)動(dòng)速度慢,運(yùn)動(dòng)慣性較大,非線性和耦合性較強(qiáng)的特點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是水下機(jī)器人研究的基礎(chǔ),一個(gè)穩(wěn)定可靠的控制系統(tǒng)也是水下機(jī)器人完成預(yù)期任務(wù)和水下作業(yè)的前提與保證,因此對(duì)ROV的控制成為當(dāng)前ROV技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一。
　　 本文以遙控式水下機(jī)器人“試驗(yàn)二

2、號(hào)”為研究對(duì)象,根據(jù)其控制特點(diǎn),建立了簡(jiǎn)化的四自由度空間運(yùn)動(dòng)方程,并采用經(jīng)典PID控制算法為其設(shè)計(jì)控制器,完成了ROV的運(yùn)動(dòng)控制仿真。為了提高控制系統(tǒng)的性能,本文分別引入蟻群優(yōu)化算法和粒子群優(yōu)化算法對(duì)PID控制器進(jìn)行優(yōu)化。
　　 首先采用蟻群算法優(yōu)化PID控制器,通過模擬螞蟻尋找最短路徑的方式來(lái)獲取最優(yōu)的PID參數(shù)組合。并使用基本蟻群算法的改進(jìn)版來(lái)優(yōu)化控制器參數(shù),其更多的利用了尋優(yōu)過程中較好的解,并且只在全局最優(yōu)解所屬的邊界增加

3、信息素,這樣可以有效地避免算法的停滯現(xiàn)象。仿真結(jié)果表明,經(jīng)過蟻群算法優(yōu)化之后,可以取得更好的控制效果。其次介紹了粒子群優(yōu)化算法,討論了參數(shù)對(duì)算法的影響,以及粒子群優(yōu)化算法優(yōu)化PID控制器參數(shù)的步驟。提出了改進(jìn)基本粒子群算法的方法,一方面添加壓縮因子,保證算法收斂,另一方面慣性權(quán)重因子線性遞減,既保證了算法前期搜索的快速性,又改善了后期易陷入局部極值的不足。最后進(jìn)行了仿真試驗(yàn),對(duì)三種控制算法的控制效果進(jìn)行了對(duì)比。對(duì)比結(jié)果表明經(jīng)過蟻群算法和