自治水下機(jī)器人動力學(xué)建模及參數(shù)辨識研究.pdf

1、21世紀(jì)是人類研究、開發(fā)及利用海洋的世紀(jì)。隨著人類對海洋開發(fā)利用的不斷增加及軍事上的各種需要,自治水下機(jī)器人(AUV)作為探測水下環(huán)境并自主完成特定作業(yè)任務(wù)的工具,越來越受到國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的重視,它代表了水下機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展方向。但是,AUV是一種高度非線性、參數(shù)時(shí)變性系統(tǒng),為了能對其進(jìn)行控制、預(yù)測與仿真,建立一個(gè)精確的模型是很重要的。而模型建立的精確與否在很大程度上是取決于水動力參數(shù)的,因此對于水動力參數(shù)的研究就變得越來越重要。

2、>　　 本文以開架式AUV原型樣機(jī)Cranger-01為研究對象,討論了開架式自治水下機(jī)器人的動力學(xué)建模及參數(shù)辨識問題。
　　 在分析了水下機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的基礎(chǔ)上,建立了水下機(jī)器人的六自由度動力學(xué)模型,同時(shí)針對開架式水下機(jī)器人的特點(diǎn)對模型簡化。建立了推進(jìn)器的動力學(xué)模型,利用推進(jìn)器的水槽實(shí)驗(yàn),對推進(jìn)器模型參數(shù)進(jìn)行了辨識。
　　 研究了如何利用最小二乘法(LS)辨識水下機(jī)器人的水動力參數(shù)。對水下機(jī)器人水平面運(yùn)動和垂

3、直面運(yùn)動進(jìn)行了仿真,利用LS分別對縱向、橫向、垂向、偏航及縱傾運(yùn)動進(jìn)行了辨識。
　　 針對傳統(tǒng)確定AUV水動力參數(shù)試驗(yàn)和理論計(jì)算的困難性及以往辨識方法優(yōu)化結(jié)果趨于局部最優(yōu)解的缺點(diǎn),提出一種基于遺傳算法(GA)的AUV水動力參數(shù)辨識方法,該方法不受參數(shù)初值選取的影響,具有較好的魯棒性和全局尋優(yōu)特性。在分析水動力參數(shù)辨識的遺傳算法實(shí)現(xiàn)方式的基礎(chǔ)上,利用GA對Cranger-01水平面運(yùn)動和垂直面運(yùn)動進(jìn)行了辨識,得出了縱向、橫向、垂向