水下機(jī)器人浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其深度控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著人類對海洋資源的重視和海洋開發(fā)進(jìn)程的加快,作為探索海洋的載體和工具,自主式水下機(jī)器人(AUV)技術(shù)得到了長足發(fā)展,大潛深、長航程、多功能、智能化成為其發(fā)展趨勢。油囊式浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)作為大潛深、長航程AUV的可調(diào)壓載單元,在復(fù)雜海洋環(huán)境下取代垂向推進(jìn)器,進(jìn)行AUV無動力升沉、定深浮力微調(diào)和作業(yè)姿態(tài)調(diào)整等方面具有重要作用,同時(shí)具有減少能耗、提高有效作業(yè)時(shí)間的特點(diǎn),浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)及基于該系統(tǒng)的AUV升沉運(yùn)動控制技術(shù)研究具有重要的研究意義和實(shí)用

2、價(jià)值。本文針對AUV浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)及基于浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行升沉運(yùn)動控制問題,主要進(jìn)行了以下研究工作:
　　 (1)分析國內(nèi)外AUV浮力調(diào)節(jié)技術(shù)的研究現(xiàn)狀,研究了浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)浮力精確控制問題,提出了一種油囊式浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,并研制了試驗(yàn)樣機(jī)。
　　 (2)研究了浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作壓力與泵排量之間關(guān)系,分析了不同壓力下浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功耗,通過實(shí)驗(yàn)得到壓力一泵排量、壓力-功耗的關(guān)系曲線,為分析AUV無動力升沉運(yùn)動過程中的能耗提

3、供參考依據(jù)。
　　 (3)研究了AUV浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的浮力測量方法。針對試驗(yàn)研究中定量泵式、渦輪式流量計(jì)浮力檢測存在累積誤差,使得浮力測量精度隨工作時(shí)間增加而降低的問題,研制了內(nèi)置浸油式壓力補(bǔ)償型位移傳感器,用于油囊式浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的浮力檢測。理論分析說明這種浮力檢測方法不產(chǎn)生累積誤差,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法對提高浮力調(diào)節(jié)精度的有效性。
　　 (4)研究了海水密度隨深度變化情況下的AUV動力學(xué)模型,建立了考慮海水密度的AUV無

4、動力升沉運(yùn)動的動力學(xué)模型。綜合TSK型模糊控制算法和非模型滑?？刂扑惴?提出了一種基于正弦函數(shù)的滑模模糊控制方法。該控制方法利用AUV無動力升沉運(yùn)動的開環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)滑模模糊深度控制器。針對滑模模糊控制方法引起的AUV深度方向上超調(diào)量較大的問題,提出了一種變論域自適應(yīng)滑模模糊控制方法。該控制方法將伸縮因子引入模糊控制,設(shè)計(jì)自適應(yīng)變論域滑模模糊深度控制器。在以上研究基礎(chǔ)上,對AUV在不同控制器作用下升沉運(yùn)動進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)研究,并分析