水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、相比陸地，海洋資源無論探測(cè)、開發(fā)、運(yùn)輸都存在一定的困難。水下機(jī)器人作為探索和開發(fā)海洋資源的重要工具，有助于高效開發(fā)海洋資源。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，水下機(jī)器人也朝著小型化、智能化發(fā)展。在減小水下機(jī)器人體積、重量的同時(shí)，也降低了水下機(jī)器人抵御外界干擾的能力，給水下機(jī)器人的控制帶來難度。本課題研究的重點(diǎn)即小型水下機(jī)器人抗干擾設(shè)計(jì)，通過設(shè)計(jì)水下機(jī)器人自平衡控制系統(tǒng)來提高水下機(jī)器人穩(wěn)定性。本課題研究的主要任務(wù)是:1）根據(jù)水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)布

2、局和硬件電路，為算法研究提供硬件基礎(chǔ);2)完成水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模分析，利用空間模型研究提高水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的控制方法，為控制算法設(shè)計(jì)提供依據(jù);3）設(shè)計(jì)水下機(jī)器人自平衡控制算法，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
　　本文研究的具體內(nèi)容如下:
　　首先，因?yàn)樗聶C(jī)器人運(yùn)動(dòng)自由度較多，各個(gè)自由度之間的耦合作用較強(qiáng)。為降低控制難度，將水下機(jī)器人空間運(yùn)動(dòng)分解為水平運(yùn)動(dòng)和垂直運(yùn)動(dòng)兩種，采用水平控制和垂直控制分解理念完成對(duì)水下機(jī)器人驅(qū)動(dòng)布局的設(shè)

3、計(jì)。結(jié)合運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)三要素設(shè)計(jì)出符合水下機(jī)器人控制要求的電路。
　　其次，對(duì)水下機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)建模仿真。通過建立運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系分析水下機(jī)器人所受合力作用下的空間狀態(tài)方程，基于空間狀態(tài)方程建立PID控制器。通過理想條件下仿真，驗(yàn)證了PID控制器在水下機(jī)器人控制中可以起到良好的控制效果。
　　再次，結(jié)合水下機(jī)器人驅(qū)動(dòng)布局及硬件電路，為水下機(jī)器人設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制算法。采用傳感器的輸出作為運(yùn)動(dòng)控制算法的輸入量和狀態(tài)反饋量，通過PID控制器的