水下機(jī)器人廣義預(yù)測控制與能耗問題研究.pdf

1、隨著人類社會對海洋開發(fā)利用意識的不斷增強(qiáng)，作為復(fù)雜海洋環(huán)境下工作的載體，水下機(jī)器人的研究受到人們的廣泛關(guān)注，而智能控制是水下機(jī)器人自主完成任務(wù)的重要基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)。同時(shí)，對于無人無纜自治式水下機(jī)器人(AUV)來說，一次下潛所攜帶的能源是有限的，如何有效利用能源是無人無纜水下機(jī)器人研究的重要問題之一。智能控制與能耗問題的研究對提高水下機(jī)器人的智能化水平具有重要的理論研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 本文在分析廣義預(yù)測控制算法的基礎(chǔ)上，通過

2、對非線性動態(tài)系統(tǒng)的模型及其時(shí)變線性轉(zhuǎn)化條件進(jìn)行分析，將具有參數(shù)辨識功能的間接自適應(yīng)廣義預(yù)測控制算法和直接自適應(yīng)廣義預(yù)測控制算法應(yīng)用于水下機(jī)器人的運(yùn)動控制中，并進(jìn)行了仿真研究。 研究了考慮能耗的AUV多目標(biāo)優(yōu)化與控制問題，為有效地減小系統(tǒng)的輸出波動和超調(diào)，在傳統(tǒng)評價(jià)函數(shù)的基礎(chǔ)上，將輸出量變化加入傳統(tǒng)評價(jià)函數(shù)中作為系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)之一，提出了抑制波動的廣義預(yù)測控制算法。同樣為了抑制輸出波動過大，提出了對控制量及其控制增量進(jìn)行約束的廣義預(yù)

3、測控制算法。通過調(diào)整控制加權(quán)系數(shù)來限制控制增量劇烈變化，分析了控制加權(quán)系數(shù)對控制量變化的影響，并進(jìn)行仿真研究。 作為一種嘗試，將多變量廣義預(yù)測控制方法應(yīng)用到水下機(jī)器人運(yùn)動控制中。由于水下機(jī)器人的各個(gè)自由度之間一般具有一定耦合關(guān)系，針對水下機(jī)器人的多自由度解耦控制及能耗問題，提出了抑制輸出波動的多變量廣義預(yù)測集中控制算法和解耦控制算法。 以哈爾濱工程大學(xué)水下運(yùn)載器智能控制實(shí)驗(yàn)室自主開發(fā)的“海貍”水下機(jī)器人為試驗(yàn)載體，應(yīng)用減