自主式水下機(jī)器人滑模容錯(cuò)控制技術(shù)研究.pdf

1、藍(lán)色海洋覆蓋著地球表面的71％，它包含了豐富的生物資源、礦產(chǎn)資源、水資源和金屬資源，在陸地資源日益匱乏的21世紀(jì)，它是人類生存和發(fā)展的寶貴財(cái)富，對(duì)人類可持續(xù)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，因此，海洋資源的開發(fā)越來(lái)越具有突出的戰(zhàn)略性意義。自主式水下機(jī)器人，集成了人工智能、自動(dòng)控制、模式識(shí)別、信息融合等高科技技術(shù)，無(wú)人無(wú)纜自主工作在海洋空間，在水下勘探和作業(yè)方面具有活動(dòng)范圍廣、潛水深度大等優(yōu)點(diǎn)，日益受到許多國(guó)家軍事海洋技術(shù)部門的重視。與此同時(shí)，自主

2、式水下機(jī)器人在復(fù)雜海洋環(huán)境中的安全性和可靠性也是備受關(guān)注的熱點(diǎn)問題，研究自主式水下機(jī)器人自主診斷和容錯(cuò)控制技術(shù)對(duì)于提高其智能化水平和加快實(shí)用化進(jìn)程具有重要的研究意義和實(shí)用價(jià)值。
　　本文在自主式水下機(jī)器人的載體技術(shù)、動(dòng)力學(xué)建模及運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究基礎(chǔ)上，著重研究了主動(dòng)容錯(cuò)控制技術(shù)。
　　為了研究自主式水下機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)控制方式、故障診斷及容錯(cuò)控制技術(shù)等，研制自主式水下機(jī)器人試驗(yàn)平臺(tái)——“BeaverⅡ”號(hào)，為研究自主式

3、水下機(jī)器人的故障診斷和容錯(cuò)控制技術(shù)提供研究和實(shí)驗(yàn)的載體。
　　為了給水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制與容錯(cuò)控制技術(shù)研究提供仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，本文建立“BeaverⅡ”號(hào)動(dòng)力學(xué)模型，基于Savitzky-Golay濾波方法和最小二乘法辨識(shí)動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)。另外，海流干擾是水下機(jī)器人控制過程中一個(gè)不可忽略的影響因素，本文對(duì)建立的水下機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行海流環(huán)境下的修正。
　　針對(duì)水下機(jī)器人系統(tǒng)本身強(qiáng)耦合、非線性以及運(yùn)動(dòng)環(huán)境復(fù)雜、受外界干擾等特性，研

4、究水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)。針對(duì)滑模變結(jié)構(gòu)控制具有較好的跟蹤效果，但是存在嚴(yán)重的抖振問題，提出一種參數(shù)自適應(yīng)方法來(lái)消除滑模控制的抖振，設(shè)計(jì)無(wú)抖振滑模控制器，通過仿真實(shí)驗(yàn)和“BeaverⅡ”號(hào)試驗(yàn)平臺(tái)的水池實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文所提方法的有效性。
　　研究自主式水下機(jī)器人推進(jìn)器容錯(cuò)控制技術(shù)。在推進(jìn)器故障程度辨識(shí)的基礎(chǔ)上，提出一種自主式水下機(jī)器人滑模容錯(cuò)控制方法。在實(shí)際應(yīng)用中，推進(jìn)器的故障是一個(gè)漸變的過程，繼續(xù)增加故障故障推進(jìn)器的推力，可能會(huì)引起