AUV实验仿真系统的设计

【摘要】：陆地资源正日益枯竭，使得海洋成为人类赖以生存和发展的第二空间。灵活机动并且能够在水中长时间工作的水下机器人为探寻深海海洋资源提供了良好的条件。水下机器人分为有缆水下机器人和无缆水下机器人，有缆水下机器人(Remote Operated Vehicle, ROV)通过电缆由母船提供动力，进行遥控和数据传输；无缆水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)自带能源，自主实现航行并执行作业任务。无缆水下机器人作为新一代水下潜器，相比较有缆水下机器人，更适合深海的勘测和探查。如何更好地控制无缆水下机器人成为无缆水下机器人研发过程中的关键问题。因此，搭建与控制系统相匹配的仿真系统，是检验无缆水下机器人控制系统稳定性、安全性和准确性的必不可少的环节。 本文结合工程力学及相关物理规律等对深水矢量推进器AUV实体进行了整体的动力学分析，包括质点分析和三维空间动力分析，为AUV半实物仿真系统的搭建提供依据。 设计了一套windows平台下基于LabVIEW/Matlab的AUV半实物仿真系统，运用多线程编程理念编写了AUV半实物仿真系统应用程序，实时计算AUV的位置和姿态等信息；同时，模仿Phins、GAPS、定高高度计、避障声呐等传感器，与AUV甲板、主控以及运动控制单元进行串行和以太网络通信，实现了AUV的运动仿真。 将AUV半实物仿真系统与控制系统对接进行联合调试实验，并在AUV控制系统测试实验中成功应用，验证了相关模块设计的正确性和功能实现的有效性，为制定运动控制策略提供了依据。实验表明该系统模型合理，软件设计可行，具有灵活的扩展性和伸缩性。