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《浙江大学》 2017年
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作业型水下自主机器人系统开发及其姿态控制研究

康昌霖  
【摘要】:无人潜器的发展方向是轻量化,无缆自主和功能丰富化。而AUV则因其无缆自主的特点,被用来执行需要大范围机动的轻量任务。但绝大多数AUV只能用于观测而没有操作的能力。因此,对作业型水下自主机器人(IAUV)进行设计开发和研究是必要的。为了搭载不同水下作业部件和支持水下作业实验展开,本文根据需求设计开发了用于浅水的小型轻量的作业型AUV机体。其可以无拖缆进行水下自主移动,可以根据需要拓展、更换不同的工作部件和推进器,从而可以用于不同的水下操作任务并配置与之适应的动力分布。为了使得作为搭载操作部件的机体能够保持稳定的姿态,本文设计了相应的姿态控制器。而进行水下操作的IAUV是一个受未知大扰动和自身特性时变的耦合非线性系统,因此本文引入CMAC网络对时变且复杂的系统进行适应,并利用李雅普诺夫原理证明了闭环系统的稳定性,彻底消除自适应控制器的潜在发散可能。通过不同控制器控制结果的比较,验证了CMAC鲁棒自适应控制律不仅能快速准确适应扰动,还能稳定的运行不出现突然发散的现象。作业型水下自主机器人会要工作在不同的深度,如果通过推进器持续运行来调节深度,将是一个及其耗费能量的过程。利用浮力调节装置进行浮沉控制就显得很有必要。本文提出并设计完成了新型的自排油浮力调节原理,从而使浮力调节装置在浅水处工作更可靠。本文还建立了浮力调节装置的动力学模型。为了更快的调节深度,本文基于最大值原理证明了时间最优控制有限切换序列的存在,并进一步综合最优控制器与PD控制器二者优点,设计了变结构深度控制器。其在大范围深度调节时能够获得快速性,同时对于目标深度跟踪有较好的准确性和稳定性。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP242

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