作業(yè)型水下自主機器人系統(tǒng)開發(fā)及其姿態(tài)控制研究.pdf

1、無人潛器的發(fā)展方向是輕量化，無纜自主和功能豐富化。而AUV則因其無纜自主的特點，被用來執(zhí)行需要大范圍機動的輕量任務(wù)。但絕大多數(shù)AUV只能用于觀測而沒有操作的能力。因此，對作業(yè)型水下自主機器人(IAUV)進(jìn)行設(shè)計開發(fā)和研究是必要的。為了搭載不同水下作業(yè)部件和支持水下作業(yè)實驗展開，本文根據(jù)需求設(shè)計開發(fā)了用于淺水的小型輕量的作業(yè)型AUV機體。其可以無拖纜進(jìn)行水下自主移動，可以根據(jù)需要拓展、更換不同的工作部件和推進(jìn)器，從而可以用于不同的水下操作

2、任務(wù)并配置與之適應(yīng)的動力分布。
　　為了使得作為搭載操作部件的機體能夠保持穩(wěn)定的姿態(tài)，本文設(shè)計了相應(yīng)的姿態(tài)控制器。而進(jìn)行水下操作的IAUV是一個受未知大擾動和自身特性時變的耦合非線性系統(tǒng)，因此本文引入CMAC網(wǎng)絡(luò)對時變且復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)，并利用李雅普諾夫原理證明了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，徹底消除自適應(yīng)控制器的潛在發(fā)散可能。通過不同控制器控制結(jié)果的比較，驗證了CMAC魯棒自適應(yīng)控制律不僅能快速準(zhǔn)確適應(yīng)擾動，還能穩(wěn)定的運行不出現(xiàn)突然發(fā)散的

3、現(xiàn)象。
　　作業(yè)型水下自主機器人會要工作在不同的深度，如果通過推進(jìn)器持續(xù)運行來調(diào)節(jié)深度，將是一個及其耗費能量的過程。利用浮力調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行浮沉控制就顯得很有必要。本文提出并設(shè)計完成了新型的自排油浮力調(diào)節(jié)原理，從而使浮力調(diào)節(jié)裝置在淺水處工作更可靠。本文還建立了浮力調(diào)節(jié)裝置的動力學(xué)模型。為了更快的調(diào)節(jié)深度，本文基于最大值原理證明了時間最優(yōu)控制有限切換序列的存在，并進(jìn)一步綜合最優(yōu)控制器與PD控制器二者優(yōu)點，設(shè)計了變結(jié)構(gòu)深度控制器。其在大范