自主式水下机器人的滑模变结构控制研究与仿真

董升亮

中国海洋大学

摘要：

自主式水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)由于其智能性和灵活性要远高于缆控水下机器人(Remotely Operated Vehicles),进而可以胜任更多的水下任务,因此在近些年受到了越来越广泛的关注。　　根据863课题要求,中国海洋大学水下机器人实验室(Underwater VehicleLaboratory,简称UVL)设计制作了一种开架式AUV——“C-RANGER”,并在此基础上设计了一套基于PID控制算法的分布式运动控制系统[1]。然而PID算法参数固定、不能适应系统参量变化,难以保证AUV具有良好的动态品质,同时还需要较大的控制能量。这使得该算法在能源宝贵的AUV控制中并不适应。鉴于此,我们决定采用具有较高鲁棒性的滑模变结构控制技术来取代PID。　　论文的主要目标是在滑模变结构控制理论的基础之上,设计一种适用于开架式AUV的分布式运动控制系统,通过分析C-RANGER的动力学模型,根据滑模控制原理设计相关控制单元,同时在Simulink下完成滑模控制器的建模,搭建起C-RANGER分布式运动控制仿真平台。在仿真过程中会分别应用PID与滑模变结构两种方法进行AUV行走控制与姿态控制实验,进而从结果对比中证明后者在AUV运动控制中更具优势。　　另外,推进器系统也是AUV运动控制系统中非常重要的一部分,前一部分的仿真可以证明,推进器系统性能的优劣直接影响到AUV运动控制效果的好坏。为此,论文中还将设计一种同样基于滑模变结构控制理论的推进器驱动系统,并完成模型搭建和仿真。仿真结果表明,新控制系统比原先的控制系统能够更加有效稳定地实现对推进器的控制。

关键词：水下机器人;滑模变结构;运动控制;仿真平台

授予单位：中国海洋大学

授予学位：硕士

学科专业：通信与信息系统

导师姓名：何波

学位年度：2012

语种：中文

分类号：TP242

页数：85

在线出版日期：2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）