開架式水下機(jī)器人辨識(shí)與控制技術(shù)研究.pdf

1、本論文的研究對(duì)象是開架式遙控水下機(jī)器人—堤壩綜合檢測(cè)機(jī)器人.我國(guó)有眾多的水庫(kù)和攔河大壩,迫切的需要有有效的堤壩檢測(cè)手段.堤壩檢測(cè)水下機(jī)器人(以下簡(jiǎn)稱探壩機(jī)器人)正是為查找江、河、湖、海的各種堤壩的裂縫、破損和隱患等質(zhì)量問題而設(shè)計(jì)的.它是一個(gè)以遙控水下機(jī)器人為載體,裝備有聲、光、電等多種先進(jìn)傳感器的綜合體.機(jī)器人配備的主要檢測(cè)傳感器包括淺剖聲納、高頻成像聲納等,這些傳感器的正常工作要求機(jī)器人載體運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),并對(duì)所探測(cè)的壩體保持合適的距離與方

2、位.因此,研究如何更好地實(shí)現(xiàn)機(jī)器人載體的運(yùn)動(dòng)控制,對(duì)于堤壩檢測(cè)機(jī)器人的實(shí)用化具有理論和現(xiàn)實(shí)意義.由于探壩機(jī)器人工作環(huán)境的復(fù)雜性和未知性,同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)性、安全性等因素,研究如何構(gòu)建水下機(jī)器人的仿真系統(tǒng)并以之設(shè)計(jì)和調(diào)試機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器具有重要意義.對(duì)于本文的研究對(duì)象—堤壩檢測(cè)機(jī)器人,考慮到其開架式的框架結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)特點(diǎn),本文中采用經(jīng)驗(yàn)公式估算和系統(tǒng)辨識(shí)相結(jié)合的方法計(jì)算其水動(dòng)力系數(shù),并依此建立機(jī)器人的仿真系統(tǒng)和調(diào)試水下機(jī)器人控制器.因此,本論

3、文的主要內(nèi)容可以分為兩大部分:1、開架式水下機(jī)器人水動(dòng)力系數(shù)的辨識(shí)和仿真系統(tǒng)的建立;2、開架式水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)計(jì).在仿真系統(tǒng)建立部分,主要研究了如何利用最小二乘辨識(shí)方法獲得機(jī)器的水動(dòng)力系數(shù).本文首先綜合考慮機(jī)器人傳感器配置、辨識(shí)試驗(yàn)場(chǎng)地以及機(jī)器人自身的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),建立了機(jī)器人的辨識(shí)方程.然后,利用最小二乘估計(jì)算法對(duì)機(jī)器人的部分水動(dòng)力系數(shù)作了辨識(shí),并對(duì)辨識(shí)結(jié)果作了仿真驗(yàn)證.在運(yùn)動(dòng)控制部分,本文首先針對(duì)變結(jié)構(gòu)控制在實(shí)際應(yīng)用中存在的

4、抖振現(xiàn)象,結(jié)合模糊邏輯和變結(jié)構(gòu)控制理論,設(shè)計(jì)了一種滑模模糊控制器.仿真和水池試驗(yàn)結(jié)果表明:本文設(shè)計(jì)的滑模模糊控制器有效地減弱了抖振和提高了控制器的控制性能,具有一定的理論和實(shí)際意義.其次,本文結(jié)合EBP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練理論和變結(jié)構(gòu)控制理論,設(shè)計(jì)了一種變結(jié)構(gòu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練算法,并利用此算法訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器.仿真和水池試驗(yàn)結(jié)果表明:采用本算法的控制器具有較好的控制效果.最后,探討了遺傳算法在模糊控制器優(yōu)化中的應(yīng)用,給出了一種