收藏本站
《哈尔滨工程大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

水下机器人运动控制与故障诊断技术研究

王建国  
【摘要】:二十一世纪是人类开发和利用海洋的世纪,海洋是人类的发源地和资源宝库,对全球的经济和社会发展起到重要的推动作用。“谁控制了海洋和掌握海洋资源开发的技术,谁就掌握了未来世界的资源宝库”,这是对海洋重要性的高度评价。作为人类认识和利用海洋资源的重要工具,水下机器人在海洋资源开发和军事应用方面展示出良好的应用前景。运动控制和故障诊断技术作为水下机器人的核心技术,对其开展深入研究具有重要的理论意义和工程应用价值。论文的主要目的是提出更好的运动控制算法并实现控制系统的故障自主诊断,从而提高水下机器人在恶劣海洋环境下的运动控制性能和生存能力。 作者以“水下机器人运动控制与故障诊断技术研究”为题展开博士论文研究工作。论文首先简要介绍研究对象的基本情况,阐述水下机器人的硬件体系和软件体系结构,导出水下机器人运动仿真模型,为随后的运动控制与故障诊断技术研究奠定理论基础;为了提高水下机器人组合导航系统的精度和可靠性,开展了联邦kalman滤波技术研究。基于信息守恒原则,推导出联邦kalman滤波算法并完成最优性证明。将联邦kalman滤波器应用于水下机器人组合导航,通过试验结果分析验证了联邦kalman滤波器应用于水下机器人的可行性;考虑到普通S面控制器在系统稳定时存在一定的稳态误差,本文在S面控制器中引入智能积分以减小稳定时的稳态误差。将专家系统引入到S面控制器中,构建专家S面控制器,借助领域专家的经验构造控制策略,从而提高控制系统的控制性能。基于普通S面控制器和极板模型控制器的对比分析,提出了广义S面控制器,通过选取不同的S形非线性函数来代替普通S面控制器中的Sigmoid函数以得到不同的S面控制器,相应的结论可以指导控制器的设计过程;针对基于解析模型等故障诊断方法鲁棒性差的缺点,引入滑动模态的思想以提高故障诊断的鲁棒性。由于阈值判别法分析残差时容易受到客观因素和主观因素的影响引起误判,本文引入模糊推理的方式来分析残差信息以克服阈值判别法判断不连续和误报率高的缺点,大量的仿真试验结果表明基于模糊推理的残差分析方法能够区分水下机器人当前是处于状态调整阶段还是状态异常阶段,从而大大提高了故障诊断的准确性,有利于故障诊断鲁棒性的提高;针对神经网络用于故障诊断存在的缺点,将模糊逻辑与神经网络结合构造模糊神经网络以弥补神经网络的不足,阐述了一种模糊神经网络结构,推导出基于最小调整的网络动态学习率以确保当前学习样本的调整结果对历史数据改变最小;对水下机器人传感器信息做小波变换,利用小波变换极值点来检测信号的突变故障。为了消除环境噪声的影响,引入了阈值法,通过对小波变换的高频系数设置阈值来消除噪声干扰。针对定位声纳输出数据的振荡情况,采用了线性平滑方法。设计了三次曲线拟合及kalman滤波并与线性平滑进行了对比试验,试验结果表明:对水下机器人这样一个特定的对象,线性平滑方法不仅处理简单而且直接有效。 本文完成了大量的仿真试验和实际试验,试验结果验证了文中所提方法的可行性和有效性。运动控制算法能够提高控制性能,故障诊断算法可以提高故障诊断的准确性和鲁棒性。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP242

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 wilson;;国外机器人竞赛荟萃[J];电子制作;2011年09期
2 宋延伟;;智能控制技术在微型工业水下机器人运动控制中的应用[J];广东建材;2011年07期
3 李博文;;封面照片说明[J];现代物理知识;2011年04期
4 张莉;王勇;;移动机器人路径跟踪模糊控制系统设计及仿真[J];电子测试;2011年09期
5 袁芳;朱大奇;叶银忠;;基于降阶卡尔曼滤波器的水下机器人滑模容错控制[J];控制与决策;2011年07期
6 张卫忠;孟秀云;单家元;;离散机械最优控制的轨迹设计方法仿真研究[J];系统仿真学报;2011年S1期
7 卞红雨;王珺琳;;利用水平多波束形成实现海底目标定位的方法[J];应用科技;2011年08期
8 郭威;王明明;许光君;;水下机器人推进系统CAN应用层协议设计[J];机械设计与制造;2011年07期
9 胡维莉;朱大奇;刘静;;基于遗传算法的UUV的容错控制律重构方法[J];控制工程;2011年03期
10 吴家鸣;郁苗;朱琳琳;;带缆遥控水下机器人水动力数学模型及其回转运动分析[J];船舶力学;2011年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄海;万磊;庞永杰;秦再白;;船体检测遥控水下机器人控制系统结构[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年
2 桑恩方;;用水下机器人进行堤坝安全隐患检测[A];泄水建筑物安全及新材料新技术应用论文集[C];2010年
3 田景文;高美娟;李瑾;李凯;;基于ARM的机器人运动控制系统[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 王宏健;王琳琳;潘立鑫;;水下机器人近水面横摇与能耗控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
5 熊华胜;严浙平;;水下机器人水动力系数估计及其在航向鲁棒控制中的应用[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
6 陈维山;周杨;;仿鳐鱼水下机器人自主游动建模与仿真[A];2011年机械电子学学术会议论文集[C];2011年
7 谢海斌;林龙信;沈林成;;仿生水下机器人仿真系统设计与实现[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 李晔;由光鑫;庞永杰;万磊;;水下机器人视景仿真系统的设计[A];全国第16届计算机科学与技术应用(CACIS)学术会议论文集[C];2004年
9 孙斌;张艾群;;液压系统在水下机器人的应用[A];救捞专业委员会2004年学术交流会论文集[C];2004年
10 张文瑶;;美国海军水下机器人发展新情况[A];中国造船工程学会修船技术学术委员会船舶维修理论与应用论文集第八集(2005—2006年度)[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 桑恩方 卞红雨;水下机器人为堤坝做B超[N];中国水利报;2005年
2 陈惠玲;我国引进深海水下机器人“海狮”号[N];中国矿业报;2009年
3 任馨宇 记者 王春;“海龙号”3500米水下机器人成功用于深海科考[N];科技日报;2009年
4 通讯员 金声;水下机器人技术国家级重点实验室竣工[N];中国船舶报;2009年
5 胡捷递 记者 姜雪松;水下机器人实验室通过验收[N];哈尔滨日报;2009年
6 化所;沈阳自动化所水下机器人两课题通过验收[N];中国船舶报;2010年
7 本报通讯员 戴晓峰 由晓雪 记者 由庆祝;徐玉如的水下机器人情怀[N];中国工业报;2010年
8 胡荣山;上海海事大学水下机器人研究取得最新应用成果[N];中国海洋报;2010年
9 记者 罗沙 张旭东;海洋局派出水下机器人,核查溢油处置[N];新华每日电讯;2011年
10 记者 罗沙 张旭东;中国海洋局使用水下机器人核查溢油处置[N];经济参考报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 梁霄;微小型水下机器人运动控制及可靠性研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 林龙信;仿生水下机器人的增强学习控制方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
3 高延增;超小型水下机器人关键性能提升技术研究[D];华南理工大学;2010年
4 毛宇峰;水下机器人系统体系结构及避障控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 姜大鹏;多水下机器人协调控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
6 潘立鑫;水下机器人近水面横遥减摇控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 温秀平;水下机器人特性分析及其控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
8 于华男;开架式水下机器人辨识与控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
9 成巍;仿生水下机器人仿真与控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
10 李晔;微小型水下机器人运动控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吕新昱;水下机器人舵机控制系统设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 徐长密;水下机器人—机械手系统动力学建模及运动控制研究[D];中国海洋大学;2010年
3 黄鲁粤;基于惯性传感器与声纳的水下机器人定位与地图构建[D];中国海洋大学;2010年
4 韩志学;海流作用下水下机器人区域探测规划方法[D];哈尔滨工程大学;2004年
5 朱武增;水下机器人数字光纤传输系统的研究与设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 王月;基于群集智能的多水下机器人协调研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 戴军;基于遗传算法的水下机器人模糊控制器设计[D];哈尔滨工程大学;2002年
8 史文韬;基于DSP的水下机器人嵌入式控制系统设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 王飞;水下机器人在潜艇附近运动时的水动力计算[D];哈尔滨工程大学;2003年
10 李鹏;水下机器人导航系统传感器的仿真[D];哈尔滨工程大学;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026