深海作業(yè)型ROV分布式協(xié)調(diào)及容錯控制策略研究.pdf

1、隨著海洋科考、海洋工程及軍事領(lǐng)域海洋開發(fā)規(guī)模的不斷擴大，對于大深度作業(yè)型潛水器的需求日益顯著。自主開發(fā)深海潛水器，推進海洋裝備和海洋制造業(yè)發(fā)展，既是海洋作業(yè)的需求，也是我國海洋持續(xù)可發(fā)展開發(fā)戰(zhàn)略的現(xiàn)實要求。復(fù)雜的水下作業(yè)環(huán)境對潛水器提出了越來越高的要求，如：靈活的操作方式、豐富的通信接口方式、龐大的數(shù)據(jù)傳輸能力以及系統(tǒng)的可靠性和易維護性等。
　　本文在“4500米級深海作業(yè)系統(tǒng)”項目的資助下，對作業(yè)型無人遙控潛水器（Remotel

2、y Operated Vehicle：ROV）“海馬號”的控制系統(tǒng)進行了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，從工程中提煉出了深海作業(yè)型ROV分布式協(xié)調(diào)及容錯控制策略研究這一基礎(chǔ)科學(xué)問題并進行了理論和試驗研究，主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點概述如下：
　　1.通過調(diào)研國外ROV的先進控制技術(shù)，分析項目實際需求，完成了本研究對象的分布式控制系統(tǒng)總體設(shè)計。采用RS485總線與水下分布式相結(jié)合的協(xié)調(diào)控制架構(gòu)，取消ROV系統(tǒng)中的水下計算機，減少水下干艙體積同時提高系統(tǒng)可靠

3、性；在總體設(shè)計基礎(chǔ)上，完成各組成部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計并予以具體實現(xiàn)；水下設(shè)備的隔離供電、交直流電源對地絕緣檢測及用電參數(shù)監(jiān)測、干艙執(zhí)行部件的隔離驅(qū)動等研究工作，可實現(xiàn)故障檢測和故障隔離，提高維修效率，節(jié)約作業(yè)時間；設(shè)計了基于QNX實時操作系統(tǒng)下的控制軟件架構(gòu)。
　　2.在ROV水動力試驗的基礎(chǔ)上，獲得線性/非線性水動力系數(shù)，對ROV的運動學(xué)和動力學(xué)方程做了詳細的推導(dǎo)，建立了無人遙控潛水器的六自由度非線性數(shù)學(xué)模型，再通過對系統(tǒng)合理的簡化，

4、最終得到了可以用于控制器設(shè)計的四自由度數(shù)學(xué)模型。
　　3、研究對比了多種基于PID的控制算法，設(shè)計了一種基于不完全微分先行PID算法的自適應(yīng)模糊控制器，通過大量仿真實驗和水池試驗驗證了手動控制模式、自動控制模式（定深、定高、定向）算法的穩(wěn)定性和可靠性。
　　4、針對深海作業(yè)型 ROV推進器矢量配置的特性，提出單個推進器故障情況下的ROV推進器容錯控制策略，并對水平和垂直方向的推力分配模型進行了詳細分析，通過數(shù)值仿真證明該容錯