開架式水下機器人辨識與控制技術研究.pdf

1、本論文的研究對象是開架式遙控水下機器人—堤壩綜合檢測機器人.我國有眾多的水庫和攔河大壩,迫切的需要有有效的堤壩檢測手段.堤壩檢測水下機器人(以下簡稱探壩機器人)正是為查找江、河、湖、海的各種堤壩的裂縫、破損和隱患等質(zhì)量問題而設計的.它是一個以遙控水下機器人為載體,裝備有聲、光、電等多種先進傳感器的綜合體.機器人配備的主要檢測傳感器包括淺剖聲納、高頻成像聲納等,這些傳感器的正常工作要求機器人載體運動平穩(wěn),并對所探測的壩體保持合適的距離與方

2、位.因此,研究如何更好地實現(xiàn)機器人載體的運動控制,對于堤壩檢測機器人的實用化具有理論和現(xiàn)實意義.由于探壩機器人工作環(huán)境的復雜性和未知性,同時考慮到經(jīng)濟性、安全性等因素,研究如何構建水下機器人的仿真系統(tǒng)并以之設計和調(diào)試機器人運動控制器具有重要意義.對于本文的研究對象—堤壩檢測機器人,考慮到其開架式的框架結構和設計特點,本文中采用經(jīng)驗公式估算和系統(tǒng)辨識相結合的方法計算其水動力系數(shù),并依此建立機器人的仿真系統(tǒng)和調(diào)試水下機器人控制器.因此,本論

3、文的主要內(nèi)容可以分為兩大部分:1、開架式水下機器人水動力系數(shù)的辨識和仿真系統(tǒng)的建立;2、開架式水下機器人運動控制器設計.在仿真系統(tǒng)建立部分,主要研究了如何利用最小二乘辨識方法獲得機器的水動力系數(shù).本文首先綜合考慮機器人傳感器配置、辨識試驗場地以及機器人自身的結構和運動特點,建立了機器人的辨識方程.然后,利用最小二乘估計算法對機器人的部分水動力系數(shù)作了辨識,并對辨識結果作了仿真驗證.在運動控制部分,本文首先針對變結構控制在實際應用中存在的

4、抖振現(xiàn)象,結合模糊邏輯和變結構控制理論,設計了一種滑模模糊控制器.仿真和水池試驗結果表明:本文設計的滑模模糊控制器有效地減弱了抖振和提高了控制器的控制性能,具有一定的理論和實際意義.其次,本文結合EBP神經(jīng)網(wǎng)絡訓練理論和變結構控制理論,設計了一種變結構神經(jīng)網(wǎng)絡訓練算法,并利用此算法訓練的神經(jīng)網(wǎng)絡設計了一種神經(jīng)網(wǎng)絡控制器.仿真和水池試驗結果表明:采用本算法的控制器具有較好的控制效果.最后,探討了遺傳算法在模糊控制器優(yōu)化中的應用,給出了一種