海底管道检测机器人自主巡线控制系统研究
水下ROV是有缆水下机器人，在海洋资源和海洋设施的探测中扮演着重要角色，ROV具有动力强劲、操作灵活方便、能够搭载多种探测传感器等特点。本课题目的是研制出具备自主巡线能力的水下机器人使用非接触式电场测量的方法对海底管道的腐蚀情况进行检测，本文的重点是管道检测机器人自主巡线控制系统的研制。 本文以海底管道检测机器人为研究对象，进行了系统的总体设计、硬件平台搭建、软件设计、平面运动模型建立、自适应PID巡线控制算法研究、性能试验研究等工作，最终实现了ROV的GPS自动导航功能和对海底管道的自主巡线功能。 管道检测机器人系统由水上控制部分、脐带缆和绞车系统、水下ROV等三部分组成。水下部分采用了开架式的结构设计方法，在对水下单元重心和浮心理论分析的基础上，结合系统要实现的功能，对系统的布局进行了总体设计。 自主巡线控制系统采用了STM32主控芯片，并使用了主控制板和驱动电路板独立设计的方法。系统采用了USBL技术对ROV进行水下定位，并在管道路径信息采集中使用了英国Innovatum International公司生产制造的SMARTRAK作为磁场探测仪器。系统上位机在控制计算机上用VC++语言进行开发，具有控制指令下发、视频和ROV状态显示、数据保存等功能。 本文还对自主巡线的控制算法进行了研究。在对水下ROV进行了运动建模的基础上进行了控制器的设计，前进速度控制器采用了规则算法，将前进速度分成了低、中、高三个速度等级。转向控制器使用自适应PID算法实现了PID参数的在线调整。 本文的最后描述了研制过程中进行的试验研究，包括GPS自主导航试验、ROV按照水下规划路径行驶试验，近海模拟巡管试验和东营垦利真实海底管道自主巡管试验。在不断是试验和总结中，实现了GPS自动导航功能和自主巡线功能，验证了水下ROV的机械设计、软硬件结构和控制算法的合理性。
海底管道;水下检测机器人;自主巡线控制系统;信息采集
中国海洋大学
硕士
控制工程
宋大雷
2015
中文
P756.2;TP242.6
67
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）