基于變形仿生鰭的機(jī)器人減搖控制策略研究.pdf

1、海洋資源作為一種人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)財(cái)富，已經(jīng)發(fā)展成為各國重要的戰(zhàn)略目標(biāo)。同時(shí)，作為一種在海洋開發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域的高新技術(shù)載體，海洋機(jī)器人已受到了越來越多的關(guān)注。在海洋機(jī)器人的幫助下，我們可以更好的保護(hù)地球上的海洋資源，以及有效的利用這些資源來為人類服務(wù)。由于工程作業(yè)時(shí)的實(shí)際需要，海洋機(jī)器人將不可避免的在水面及近水面操作，因此，對(duì)水面、近水面機(jī)器人的研究和設(shè)計(jì)已成為重要的發(fā)展方向。
　　 當(dāng)海洋機(jī)器人在近水面低速航行作業(yè)時(shí)，

2、與處于深海時(shí)不同，將受到近水面波浪的干擾。在這些擾動(dòng)的作用下，機(jī)器人將產(chǎn)生搖擺運(yùn)動(dòng)，使其姿態(tài)平衡受到影響，進(jìn)而威脅到機(jī)器人的工作及安全性能。由于海洋機(jī)器人具有航行速度過低、自身形體結(jié)構(gòu)特殊及體積較小等特點(diǎn)，本文提出一種結(jié)合仿生學(xué)理論及變形鰭技術(shù)的新型減搖裝置。該裝置不僅具有更高的升力產(chǎn)生效率，同時(shí)能量消耗較小，適用于海洋機(jī)器人近水面低速航行時(shí)的姿態(tài)控制。
　　 為研究海洋機(jī)器人在近水面時(shí)的動(dòng)力學(xué)特性，本文首先對(duì)機(jī)器人6自由度運(yùn)動(dòng)

3、模型進(jìn)行了分析。為簡化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及便于對(duì)被控對(duì)象的分析，將系統(tǒng)方程在平衡點(diǎn)處線性化，建立具有狀態(tài)空間形式的海洋機(jī)器人近水面運(yùn)動(dòng)方程。在對(duì)機(jī)器人外形結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化的基礎(chǔ)上，對(duì)近水面波浪干擾力及力矩進(jìn)行理論分析，利用Morison方程建立干擾力的數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合數(shù)值仿真確定海浪干擾對(duì)機(jī)器人的深度干擾范圍。
　　 利用解耦及線性化方法建立用于橫搖減搖控制的海洋機(jī)器人橫搖運(yùn)動(dòng)模型。闡述海洋機(jī)器人在近水面低速航行時(shí)的橫搖減搖原理，結(jié)合變

4、結(jié)構(gòu)控制理論、自適應(yīng)控制理論、反饋線性化方法及非線性跟蹤控制理論，設(shè)計(jì)了三種不同的橫搖減搖控制策略。所設(shè)計(jì)的控制策略解決了在海洋機(jī)器人橫搖減搖控制中，由于海浪干擾的隨機(jī)性及變形仿生鰭升力模型非線性所帶來的具體控制設(shè)計(jì)問題。通過理論分析及仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了控制器設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性及有效性。
　　 進(jìn)一步，考慮由于水動(dòng)力參數(shù)的不確定性和外界干擾對(duì)系統(tǒng)模型的影響，建立海洋機(jī)器人橫搖、艏搖及橫蕩相耦合的水平面運(yùn)動(dòng)模型。依據(jù)舵、鰭聯(lián)合控制原理，并