多功能水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制.pdf

1、水下機(jī)器人工作在復(fù)雜的海洋環(huán)境中，是各個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度上強(qiáng)耦合的嚴(yán)重非線性系統(tǒng)，其精確的運(yùn)動(dòng)方程通常難以獲得。 變結(jié)構(gòu)控制作為一種控制方法，其優(yōu)點(diǎn)在于可采用不精確的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)，有較強(qiáng)的魯棒性，比較適合水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制。 本文以“多功能水下機(jī)器人”為對(duì)象，研究了可控正則型非線性系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控制問題。對(duì)于可控正則型多輸入系統(tǒng)，選擇分散控制模式。并將可控正則型系統(tǒng)化為線性簡約型。在設(shè)計(jì)切換函數(shù)時(shí)，作者采用極點(diǎn)配置法

2、來設(shè)計(jì)，采用趨近率削弱抖振的控制策略。在建立水下機(jī)器人五自由度運(yùn)動(dòng)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)其可控正則化設(shè)計(jì)了水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)位置控制器。 針對(duì)極點(diǎn)配置法設(shè)計(jì)的切換面可能會(huì)導(dǎo)致在原點(diǎn)附近系統(tǒng)狀態(tài)收斂緩慢的問題，作者設(shè)計(jì)了折線型切換面，增大切換面在原點(diǎn)附近區(qū)域的斜率，從而加速系統(tǒng)狀態(tài)收斂到原點(diǎn)。將控制器切換面的斜率設(shè)定為0，并且加入積分項(xiàng)，使控制系統(tǒng)狀態(tài)在該切換面上滑動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)不改變數(shù)學(xué)模型條件下的速度控制。同時(shí)，規(guī)定速度控制的起始和結(jié)束的位

3、置，實(shí)現(xiàn)給定位置處定速控制。從仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出折線型切換面滑?？刂破骺梢员绕胀ɑ？刂破鞲斓氖諗?，定速控制比較精確，超調(diào)和穩(wěn)態(tài)誤差都比較小，基本實(shí)現(xiàn)了給定位置處定速控制。 削弱滑模變結(jié)構(gòu)控制中的抖振問題是變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)。本文在相平面上定義了一個(gè)滑動(dòng)區(qū)域，給定滑動(dòng)區(qū)域內(nèi)的等效控制。提出了滑動(dòng)區(qū)域方法來削弱滑模變結(jié)構(gòu)控制的抖振問題。系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)入到滑動(dòng)區(qū)域后，在等效控制的作用下做低頻小幅的振蕩。通過仿真實(shí)驗(yàn)與其他方法