水面移動(dòng)機(jī)器人的控制方法研究.pdf

1、水面無人艇運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)直接關(guān)系到水面無人艇的航行安全和經(jīng)濟(jì)效益。水面無人艇的運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型是研究水面無人艇運(yùn)動(dòng)與控制的核心。在水面無人艇的理論與實(shí)踐研究中，首先要建立水面無人艇系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。水面無人艇的數(shù)學(xué)模型是描述水面無人艇系統(tǒng)中系統(tǒng)變量相互關(guān)系動(dòng)態(tài)性能的運(yùn)動(dòng)方程。其建立的正確與否，關(guān)系到水面無人艇的研究結(jié)果是否正確。因此，建立水面無人艇的數(shù)學(xué)模型是研究水面無人艇運(yùn)動(dòng)與控制的首要工作。由于水面無人艇是一個(gè)具有非線性、時(shí)變和不確定性的復(fù)

2、雜控制對(duì)象，常規(guī) PID控制難以適應(yīng)變化的工況，自適應(yīng)控制也由于難以建立精確數(shù)學(xué)模型，對(duì)未建模因素難以奏效。模糊控制特別適合于處理那些難以建立精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜控制對(duì)象，將模糊控制應(yīng)用于水面無人艇運(yùn)動(dòng)控制是當(dāng)前重要的研究手段，并有望解決這一問題。本文針對(duì)這一發(fā)展趨勢(shì)，首先對(duì)水面無人艇進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，其次對(duì)水面無人艇的運(yùn)動(dòng)控制方法進(jìn)行研究。具體內(nèi)容包括:
　　建立三自由度運(yùn)動(dòng)Abkowitz非線性水面無人艇運(yùn)動(dòng)模型，并對(duì)此非線性模型進(jìn)

3、行線性化，在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，考慮了風(fēng)、浪、流等干擾因素，采用Matlab中仿真工具Simulink對(duì)水面無人艇運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的進(jìn)行仿真，給出了最后仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果。仿真結(jié)果表明，所建立的模型與實(shí)際水面無人艇的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相符合，使用此模型可以非常方便地進(jìn)行水面無人艇運(yùn)動(dòng)控制規(guī)律的研究。對(duì)水面無人艇運(yùn)動(dòng)控制仿真與研究具有實(shí)際意義。
　　介紹了模糊控制的基本理論，分析了模糊邏輯控制系統(tǒng)的一般步驟，根據(jù)介紹的知識(shí)，設(shè)計(jì)了基于模糊推理的水面無

4、人艇航速模糊控制器并進(jìn)行了相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)，且與PID控制效果進(jìn)行了對(duì)比分析。
　　分析了水面無人艇航向和航跡控制的原理，根據(jù)模糊控制理論結(jié)合經(jīng)典的PID設(shè)計(jì)一種模糊自適應(yīng) PID航向控制器，根據(jù)水面無人艇航向改變與航向保持過程中表現(xiàn)出不同的控制特性，分別設(shè)計(jì)了航向保持模糊控制器、航向改變模糊控制器。為驗(yàn)證算法的有效性，采用 Abkowitz非線性水面無人艇運(yùn)動(dòng)模型在無干擾和有干擾的情況下分別進(jìn)行了仿真，并對(duì)控制器的性能進(jìn)行了驗(yàn)證和