【摘要】：自主水下航行器以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),在海洋資源開發(fā)、海底測(cè)繪以及維護(hù)國(guó)家海上利益等方面發(fā)揮著重要作用。而精確穩(wěn)定的路徑跟蹤控制技術(shù)是其自主化、智能化的重要體現(xiàn),也是各國(guó)科研機(jī)構(gòu)和學(xué)者研究的熱點(diǎn)。本文以實(shí)驗(yàn)室參與研發(fā)的"ZY-1"型水下航行器作為研究對(duì)象,針對(duì)其運(yùn)動(dòng)控制的高度非線性、自由度之間的強(qiáng)耦合性、以及存在海流干擾等特點(diǎn),對(duì)新型水下航行器的路徑跟蹤控制問(wèn)題進(jìn)行了研究。本文首先介紹了新型水下航行器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并針對(duì)其結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特性建立了運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)模型。接下來(lái)根據(jù)航行器的水下位姿狀態(tài)建立了二維跟蹤誤差方程,設(shè)計(jì)了跟蹤控制律。將水下航行器的路徑跟蹤控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為對(duì)其艏向角和縱傾角的控制問(wèn)題;并根據(jù)PID控制原理設(shè)計(jì)了路徑跟蹤控制器。通過(guò)MATLAB仿真軟件對(duì)變航速下的曲線跟蹤運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了仿真,驗(yàn)證了所述方法的有效性。針對(duì)水下航行器在海流干擾下存在跟蹤控制精度下降的問(wèn)題,為了增強(qiáng)控制系統(tǒng)的魯棒性,嘗試將PID控制與模糊控制結(jié)合起來(lái),設(shè)計(jì)了可在線修改參數(shù)的自適應(yīng)模糊PID控制器,并搭建了MATLAB仿真模型,并在仿真模型中加入連續(xù)海流干擾。通過(guò)對(duì)優(yōu)化前后的控制器路徑跟蹤控制效果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了模糊理論優(yōu)化后PID跟蹤控制器具有更強(qiáng)的控制精度和魯棒性。最后介紹了“ZY-1”號(hào)新型水下航行器的控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)并進(jìn)行了水下試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了模糊理論優(yōu)化后的PID控制器在路徑跟蹤控制中具有更好的穩(wěn)定性和控制精度,在實(shí)際運(yùn)動(dòng)環(huán)境下有更強(qiáng)的自適應(yīng)能力。
【圖文】：

引起了各國(guó)尖端制造業(yè)的興趣。伴隨近年來(lái)人工智能主水下航行器的相關(guān)技術(shù)也不斷的走向成熟。在 AUV 研發(fā)領(lǐng)域的前沿，擁有眾多優(yōu)秀的研究機(jī)構(gòu)爾海洋研究所、麻省理工學(xué)院、華盛頓大學(xué)等。其研水下導(dǎo)航定位研究以及 AUV 自主回收技術(shù)等方面。些具有代表性的產(chǎn)品進(jìn)行介紹6000 Woods Hole 海洋研究所于 2003 年研究開發(fā)出了一示。長(zhǎng) 3.8m，直徑 710mm，重量 860kg，實(shí)際最大航EMUS 系列能夠稱得上是現(xiàn)今 AUV 系列中很著名有 REMUS-100，REMUS-600，REMUS-3000，以及0 搭載有多種水下傳感器以及高清攝像設(shè)備，能夠獲

圖 1.2 日本 URASHIAFig.1.2 Japanese URASHIAUZA 是在 2012 年由日本研制出的一種的新型 AUV。這種域進(jìn)行測(cè)繪，，它可以在海底上方依據(jù)地形進(jìn)行實(shí)時(shí)的要特點(diǎn)是其尾部呈 X 型布置的尾舵，可以靈活改變動(dòng)控制。YUMEIRUZA 的最大潛深 3500m，最大航AUV 技術(shù)主要繼承于蘇聯(lián)，研究成果主要集中在復(fù)合學(xué)院水下技術(shù)研究所的部分代表性研究成果：斯遠(yuǎn)東科學(xué)院所于 1988 年研發(fā)的一款 AUV[5]，其 4kn。該 AUV 可以按海底附近的照片動(dòng)態(tài)的規(guī)劃路
【學(xué)位授予單位】：太原科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U674.941

【參考文獻(xiàn)】

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