收藏本站
《中国海洋大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

自治水下机器人动力学建模及参数辨识研究

袁伟杰  
【摘要】:21世纪是人类研究、开发及利用海洋的世纪。随着人类对海洋开发利用的不断增加及军事上的各种需要,自治水下机器人(AUV)作为探测水下环境并自主完成特定作业任务的工具,越来越受到国内外研究机构的重视,它代表了水下机器人技术的发展方向。但是,AUV是一种高度非线性、参数时变性系统,为了能对其进行控制、预测与仿真,建立一个精确的模型是很重要的。而模型建立的精确与否在很大程度上是取决于水动力参数的,因此对于水动力参数的研究就变得越来越重要。 本文以开架式AUV原型样机CRanger-01为研究对象,讨论了开架式自治水下机器人的动力学建模及参数辨识问题。 在分析了水下机器人的运动学和动力学的基础上,建立了水下机器人的六自由度动力学模型,同时针对开架式水下机器人的特点对模型简化。建立了推进器的动力学模型,利用推进器的水槽实验,对推进器模型参数进行了辨识。 研究了如何利用最小二乘法(LS)辨识水下机器人的水动力参数。对水下机器人水平面运动和垂直面运动进行了仿真,利用LS分别对纵向、横向、垂向、偏航及纵倾运动进行了辨识。 针对传统确定AUV水动力参数试验和理论计算的困难性及以往辨识方法优化结果趋于局部最优解的缺点,提出一种基于遗传算法(GA)的AUV水动力参数辨识方法,该方法不受参数初值选取的影响,具有较好的鲁棒性和全局寻优特性。在分析水动力参数辨识的遗传算法实现方式的基础上,利用GA对CRanger-01水平面运动和垂直面运动进行了辨识,得出了纵向、横向、垂向、偏航及纵倾运动的38个水动力参数。 在同一初始值和相同的推力指令下对CRanger-01动力学模型进行了仿真验证,辨识结果与实际值进行比较后,误差在允许范围之内,且遗传算法辨识结果相对于最小二乘法辨识结果误差大为减小,进一步说明了遗传算法能有效辨识水下机器人水动力参数,可为工程实践提供参考依据。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP242

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 吴乃龙;小型AUV动力学建模及推力控制研究[D];中国海洋大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 丁文镜,罗仁凡,董琳,王树桂;水下航行体水动参数的仿真辨识[J];兵工学报;1992年04期
2 胡坤;王树宗;徐亦凡;;基于免疫遗传算法的潜艇水动力系数优化研究[J];兵工学报;2008年12期
3 陈玮琪;颜开;史淦君;王士同;刘志勇;;水下航行体水动力参数智能辨识方法研究[J];船舶力学;2007年01期
4 陈玮琪;颜开;史淦君;鲁海燕;;智能算法和物体斜出水水动力参数辨识[J];船舶力学;2008年02期
5 张玲,谢殿伟;水下机器人惯性类水动力计算研究[J];船舶;2004年03期
6 王琳,马平;系统辨识方法综述[J];电力情报;2001年04期
7 黄少荣;;遗传算法及其应用[J];电脑知识与技术;2008年34期
8 钱炜祺,汪清,何开锋,蔡金狮;混合遗传算法在气动力参数辨识中的应用[J];飞行力学;2004年01期
9 封锡盛,刘永宽;自治水下机器人研究开发的现状和趋势[J];高技术通讯;1999年09期
10 于春田,谷斌,邵冬;应用在系统辨识中的一种改进的遗传神经网络模型[J];河北科技大学学报;2003年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 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
2 徐建安;水下机器人动力学模型辨识与广义预测控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 常文田;垂直平面运动机构的分析与研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
2 刘云霞;海洋环境下水下潜器运动系统辨识的研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
3 高萍;基于神经网络的水下机器人广义预测控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
4 朱怡;水下潜器水动力模型简化及参数辨识研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴大宏,赵人达;基于遗传算法与神经网络的桥梁结构健康监测系统研究初探[J];四川建筑科学研究;2002年03期
2 邓建斌;叶洪江;;基于混沌遗传算法的配电网无功补偿优化[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2006年03期
3 乔志杰;程翠翠;;基于遗传算法优化的模糊PID控制研究及其仿真[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2009年03期
4 徐文婷;李承鹏;;基于自适应遗传算法的离散化方法[J];合肥师范学院学报;2011年03期
5 安振刚,李谋渭,尹显东,于宁,唐伟;遗传神经网络在平整轧制力预报中的应用[J];鞍钢技术;2001年06期
6 华文立;胡学刚;;平衡决策树分类精度与规则简易性研究[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2006年04期
7 崔博文,陈剑,陈心昭,任章;复参数最小二乘估计方法[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年03期
8 孙小军;焦建民;何俊红;;解优化问题的遗传加速信赖域搜索算法[J];安徽大学学报(自然科学版);2008年03期
9 鲁照权;俞宗嘉;胡金东;胡焱东;;广义最小二乘限定记忆参数辨识方法与仿真研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年06期
10 马友平;;生长模型McDill-Amateis的遗传算法拟合研究[J];安徽农业科学;2007年33期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李翔晟;;基于系统辨识液压变量泵的效率模型研究[A];第十五届流体动力与机电控制工程学术会议论文集[C];2011年
2 齐继阳;竺长安;曾议;;基于遗传禁忌混合搜索算法的设备布局研究[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
3 丁婷;崔红涛;;遗传算法在智能天线扇区波束赋形及阵元失效补偿中的应用[A];经济策论(上)[C];2011年
4 李会军;王启刚;季刚;马增良;;一种基于M序列的噪声模型辨识方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 张红良;吴文启;胡小平;;一种新的里程计刻度因子在线辨识算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 侯志祥;;基于混合遗传算法的连续系统参数辨识[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 陈慧波;丁锋;;基于输出快采样数据的确定性系统最小二乘盲辨识方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 程远林;李茂军;;基于小生境遗传算法的配电网电容器优化配置[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
9 姜明辉;袁绪川;;基于GA优化的个人信用评估SVM模型[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
10 邓忠华;李曦;叶小萌;;凹版套色印刷系统的模型控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张亚娟;适应性企业战略协同机制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 谭枫;介入式文化算法及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 陆满君;通信辐射源个体识别与参数估计[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 武心安;未知环境下自主式水下潜器路径规划问题研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 田峰敏;水下地形导航模型求解与导航区初选策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 朱怡;潜艇航行训练模拟器模型简化与参数优化研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 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
10 唐艳红;基于航海雷达的海浪遥测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 汪步云;水下作业机械手抓取力伺服控制的研究[D];安徽工程大学;2010年
2 张伟杰;高层建筑和高耸结构的简化动力分析[D];河南理工大学;2010年
3 万成;动态环境下的元胞遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
4 李坤;参数参与进化的自适应遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
5 吴香庭;基于遗传算法的K-means聚类方法的研究[D];山东科技大学;2010年
6 马水松;多目标遗传算法与非支配集的构造研究[D];山东科技大学;2010年
7 李臻;城市公交车辆智能调度优化研究[D];山东科技大学;2010年
8 朱国凯;泰安市农村公路典型路面结构研究[D];山东科技大学;2010年
9 纪二云;基于改进遗传算法的电力系统无功优化的研究[D];山东科技大学;2010年
10 李超;基于手机浮动车的高速公路交通流监控系统研究与设计[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 徐海军;谢海斌;张代兵;;微小型水下机器人推进方式的比较研究[J];兵工自动化;2009年04期
2 付冬梅,郑德玲,位耀光,周颖,鞠磊;人工免疫控制器的设计及其控制效果的仿真[J];北京科技大学学报;2004年04期
3 周新民;国外新型对转螺旋桨系统研制现状[J];船舶;1997年05期
4 刘鹰,赵琳;潜艇仿真数学模型的推导求解[J];哈尔滨工程大学学报;1999年02期
5 王超;黄胜;解学参;;基于CFD方法的螺旋桨水动力性能预报[J];海军工程大学学报;2008年04期
6 张宏伟;侯巍;王晓鸣;王树新;梁捷;;可着陆式水下机器人的多体动力学建模与仿真[J];海洋技术;2006年04期
7 翟宇毅,刘亮,龚振邦;超小型水下机器人的发展现状及若干问题探讨[J];机床与液压;2005年02期
8 彭学伦;水下机器人的研究现状与发展趋势[J];机器人技术与应用;2004年04期
9 杨玉贵;彭光正;王涛;王毅枫;;具有固定重力补偿的模糊免疫PD控制在气动人工肌肉驱动机械手位置控制中的应用[J];机器人;2008年03期
10 文力;范哲;王田苗;梁建宏;;仿生振动翼推进器模糊控制实验研究[J];机器人;2010年03期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 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
2 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
3 郭莹;水下自主作业系统协调控制技术研究[D];华中科技大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨俊;水下矢量推进器的动力学仿真及优化设计[D];长沙理工大学;2010年
2 王保刚;基于虚拟样机技术的自治水下机器人仿真系统研究[D];中国海洋大学;2010年
3 孙丽;自治水下机器人(AUV)三维结构设计及仿真分析[D];中国海洋大学;2011年
4 王芬清;20公斤级便携式自主水下机器人(AUV)设计与实现[D];中国海洋大学;2011年
5 朱命昊;量子克隆多目标进化算法研究[D];西安科技大学;2011年
6 王兆宇;神经网络理论应用于航向自动舵研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
7 孙玉山;水下机器人模糊自适应控制的研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
8 刘小峰;海洋探测机器人操纵性及运动仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
9 胡明茂;开架式水下机器人系统辨识与控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
10 杨浩;无刷直流电动机运动控制系统的设计[D];武汉理工大学;2007年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李敬阳;无人操纵帆船抗横倾系统的实验研究[D];大连海事大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 魏东,张明廉;基于神经网络的非线性模型辨识[J];北京建筑工程学院学报;2004年04期
2 刘贺平,张兰玲,孙一康;多层局部回归网络的非线性系统预测模型[J];北京科技大学学报;2000年02期
3 刘英敏,吴沧浦;非线性BP算法在系统辨识中的应用[J];北京理工大学学报;2000年06期
4 周妮娜;王永彬;;基于神经网络的非线性系统辨识[J];宝鸡文理学院学报(自然科学版);2006年01期
5 赵国良;季鲁慧;;潜艇空间运动模型的简化和仿真[J];船舶工程;1991年04期
6 袁赣南,赵琳,刘鹰;潜艇损管应急操纵的运动仿真[J];船舶工程;1998年04期
7 梁超,王科俊,赵宏霞,金鸿章,李国斌;潜艇操纵的控制方法研究进展[J];船舶工程;1999年04期
8 潘子英,吴宝山,沈泓萃;CFD在潜艇操纵性水动力工程预报中的应用研究[J];船舶力学;2004年05期
9 吴宝山,邢福,匡晓峰,缪泉明;潜艇近海底运动水动力数值计算分析研究(英文)[J];船舶力学;2005年03期
10 王燕飞,朱军,张振山;评估水动力系数对潜艇操纵性影响的一种方法[J];船舶力学;2005年05期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 傅慧萍;潜射导弹运载器水弹道动力系统建模及其应用研究[D];西北工业大学;2000年
2 臧传德;船舶航行的智能预测控制研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
3 郭健;一类非线性系统广义预测控制研究[D];南京理工大学;2002年
4 孙峻;非线性模型预测控制理论及应用研究[D];西北工业大学;2002年
5 邱磊;船舶操纵相关粘性流及水动力计算[D];武汉理工大学;2003年
6 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
7 李奇安;广义预测控制算法简化实现方法研究[D];浙江大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郑虎;肥大型船舶水动力导数的辨识及应用[D];大连理工大学;2002年
2 毛斌宏;潜艇空间运动模型及均衡控制技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
3 申冬慧;基于模糊控制与GA的潜艇自动舵的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2003年
4 许辉;小水线面双体船粘性流数值模拟[D];武汉理工大学;2004年
5 陈康;三体船粘性流场的模拟[D];哈尔滨工程大学;2004年
6 李明干;基于卡尔曼滤波的神经网络学习算法及其在短期负荷预测中的应用[D];华中科技大学;2004年
7 林小平;潜艇水动力计算及型线生成研究[D];武汉理工大学;2005年
8 朱秋琴;基于神经网络的非线性GPC算法研究[D];兰州理工大学;2005年
9 沈伟;模糊PID控制在水下机器人运动控制中的应用[D];哈尔滨工程大学;2005年
10 郭真;AUV高精度组合导航技术研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 马志强;;水下机器人定高运动的最优预测控制[J];东北师大学报(自然科学版);1990年04期
2 张铭钧,韩金华,李洪志;基于神经网络的水下机器人航向角跟踪控制[J];哈尔滨工程大学学报;1999年06期
3 滕宇浩,张将,刘健;水下机器人多功能作业工具包[J];机器人;2002年06期
4 刘红;发掘红薯的启示──《水下机器人》组稿过程[J];科技与出版;2002年01期
5 邹丹,张铭钧,韩志学;水下机器人覆盖式作业区探测方法[J];哈尔滨工程大学学报;2003年04期
6 彭学伦;水下机器人的研究现状与发展趋势[J];机器人技术与应用;2004年04期
7 奚崇德;;水下机器人[J];船艇;1987年12期
8 ;活跃在海底的水下机器人[J];船舶物资与市场;1999年04期
9 甘永,王丽荣,刘建成,徐玉如;水下机器人嵌入式基础运动控制系统[J];机器人;2004年03期
10 wilson;;国外机器人竞赛荟萃[J];电子制作;2011年09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 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
4 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
5 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
6 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
7 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
8 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
9 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
10 ;我国设计生产的水下机器人装备海军[A];中国航海学会救捞专业委员会99年优秀论文选[C];1999年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 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
4 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
5 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
6 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
7 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
8 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
9 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
10 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
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 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
4 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
5 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
6 杨立平;舵桨联控式水下机器人容错控制技术研究[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 齐雪;自主水下机器人操纵运动的非线性控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
9 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
10 王建国;水下机器人运动控制与故障诊断技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011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 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
4 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
5 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
6 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
7 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
8 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
9 韩丽洁;水下机器人任务规划技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 郑曙光;基于模糊、神经网络技术的水下机器人运动控制的研究[D];哈尔滨工程大学;2003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