深海作業(yè)型ROV分布式協調及容錯控制策略研究.pdf

1、隨著海洋科考、海洋工程及軍事領域海洋開發(fā)規(guī)模的不斷擴大，對于大深度作業(yè)型潛水器的需求日益顯著。自主開發(fā)深海潛水器，推進海洋裝備和海洋制造業(yè)發(fā)展，既是海洋作業(yè)的需求，也是我國海洋持續(xù)可發(fā)展開發(fā)戰(zhàn)略的現實要求。復雜的水下作業(yè)環(huán)境對潛水器提出了越來越高的要求，如：靈活的操作方式、豐富的通信接口方式、龐大的數據傳輸能力以及系統的可靠性和易維護性等。
　　本文在“4500米級深海作業(yè)系統”項目的資助下，對作業(yè)型無人遙控潛水器（Remotel

2、y Operated Vehicle：ROV）“海馬號”的控制系統進行了關鍵技術攻關，從工程中提煉出了深海作業(yè)型ROV分布式協調及容錯控制策略研究這一基礎科學問題并進行了理論和試驗研究，主要研究內容及創(chuàng)新點概述如下：
　　1.通過調研國外ROV的先進控制技術，分析項目實際需求，完成了本研究對象的分布式控制系統總體設計。采用RS485總線與水下分布式相結合的協調控制架構，取消ROV系統中的水下計算機，減少水下干艙體積同時提高系統可靠

3、性；在總體設計基礎上，完成各組成部分的結構設計并予以具體實現；水下設備的隔離供電、交直流電源對地絕緣檢測及用電參數監(jiān)測、干艙執(zhí)行部件的隔離驅動等研究工作，可實現故障檢測和故障隔離，提高維修效率，節(jié)約作業(yè)時間；設計了基于QNX實時操作系統下的控制軟件架構。
　　2.在ROV水動力試驗的基礎上，獲得線性/非線性水動力系數，對ROV的運動學和動力學方程做了詳細的推導，建立了無人遙控潛水器的六自由度非線性數學模型，再通過對系統合理的簡化，

4、最終得到了可以用于控制器設計的四自由度數學模型。
　　3、研究對比了多種基于PID的控制算法，設計了一種基于不完全微分先行PID算法的自適應模糊控制器，通過大量仿真實驗和水池試驗驗證了手動控制模式、自動控制模式（定深、定高、定向）算法的穩(wěn)定性和可靠性。
　　4、針對深海作業(yè)型 ROV推進器矢量配置的特性，提出單個推進器故障情況下的ROV推進器容錯控制策略，并對水平和垂直方向的推力分配模型進行了詳細分析，通過數值仿真證明該容錯