隨著海洋戰(zhàn)略地位的提高,近些年自主水下機(jī)器人在軍用與民用領(lǐng)域的重要性也日益凸顯。良好的運(yùn)動(dòng)控制效果是自主水下機(jī)器人完成水下作業(yè)任務(wù)的基本前提與保障,因此開展自主水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法的研究具有重要意義。本文以某“核高基”項(xiàng)目中“橙鯊”自主水下機(jī)器人為研究對象,對運(yùn)動(dòng)控制方法開展了研究,提出了預(yù)測S面控制方法與一系列改進(jìn),并通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證,主要包含以下幾方面工作:對自主水下機(jī)器人的經(jīng)典S面控制方法進(jìn)行了簡要介紹,分析了該控制方法在目前實(shí)際應(yīng)用中存在的主要問題。根據(jù)研究對象的具體情況適當(dāng)簡化六自由度運(yùn)動(dòng)模型,并考慮海洋環(huán)境干擾因素,建立了自主水下機(jī)器人控制模型。結(jié)合預(yù)測控制與細(xì)菌覓食算法對經(jīng)典S面控制方法進(jìn)行改進(jìn),提出了預(yù)測S面控制方法,證明了該控制方法能夠克服經(jīng)典S面控制的主要缺陷,并具有良好的運(yùn)動(dòng)控制性能。為增強(qiáng)預(yù)測S面控制的實(shí)用性與對現(xiàn)場調(diào)整的適應(yīng)性,提出了采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來建立控制器預(yù)測模型的改進(jìn)方案,即現(xiàn)場采集航行數(shù)據(jù)作為樣本,訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)模型辨識,建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的遞推預(yù)測模型。建立預(yù)測模型網(wǎng)絡(luò)與在線學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的并行結(jié)構(gòu),提出滑動(dòng)窗口與學(xué)習(xí)判斷來降低運(yùn)算負(fù)擔(dān),并設(shè)計(jì)柔性過渡來降低模型切換帶來的輸出抖動(dòng),從而為預(yù)測S面控制添加了在線學(xué)習(xí)功能,使控制器能夠更好地適應(yīng)海洋環(huán)境的變化。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U674.941
【部分圖文】：

美國是較早開展水下機(jī)器人研宄的國家之一，在自主水下機(jī)器人領(lǐng)域的研宄目前處逡逑于世界領(lǐng)先水平。為完成深海地形勘探與繪制任務(wù)，美國伍茲霍爾海洋研宄所研制了逡逑ＡＢＥ自主水下機(jī)器人。如圖１．１所示，ＡＢＥ長度為２．２ｍ，巡航速度為２ｋｎ，最大淺深可逡逑達(dá)到４５００ｍ，采用３個(gè)全向推進(jìn)器，并搭載多種傳感器該研究所隨后研制了如圖逡逑１．２所示的Ｓｅｎｔｒｙ自主水下機(jī)器人，其性能相比前者進(jìn)一步提升，具備更高的巡航速度逡逑與更優(yōu)秀的操縱性能，能夠達(dá)到６０００ｍ潛深。此外，Ｓｅｎｔｒｙ良好的流線型設(shè)計(jì)使其具有逡逑快速上浮與下潛能力，所搭載的先進(jìn)設(shè)備與系統(tǒng)能夠支持在一些極端環(huán)境下完成作業(yè)任逡逑務(wù)［丨邋２－１３］。逡逑圖１．１邋ＡＢＥ自主水下機(jī)器人邐圖１．２邋Ｓｅｎｔｒｙ自主水下機(jī)器人逡逑２０１４年馬航失事客機(jī)搜救任務(wù)使Ｂｌｕｅｆｍ－２１自主水下機(jī)器人來到公眾面前，如圖逡逑１．３所示。該自主水下機(jī)器人由美國藍(lán)鰭機(jī)器人公司研發(fā)，內(nèi)部配備側(cè)掃聲吶、合成孔逡逑徑聲吶、多波束側(cè)身聲吶、溫鹽深儀與聲學(xué)多普勒海流剖面儀等多種設(shè)備［１４］。之后，美逡逑國通用動(dòng)力公司與藍(lán)鰭機(jī)器人公司合作研發(fā)了邋Ｂｌｕｅｆｉｎ－２１的改進(jìn)版本邐Ｋｎｉｆｅｆｉｓｈ水雷逡逑探測自主水下機(jī)器人

ｍ。，ｅｎｒｙ快速上浮與下潛能力，所搭載的先進(jìn)設(shè)備與系統(tǒng)能夠支持在一些極端環(huán)境下完成作業(yè)任逡逑務(wù)［丨邋２－１３］。逡逑圖１．１邋ＡＢＥ自主水下機(jī)器人邐圖１．２邋Ｓｅｎｔｒｙ自主水下機(jī)器人逡逑２０１４年馬航失事客機(jī)搜救任務(wù)使Ｂｌｕｅｆｍ－２１自主水下機(jī)器人來到公眾面前，如圖逡逑１．３所示。該自主水下機(jī)器人由美國藍(lán)鰭機(jī)器人公司研發(fā)，內(nèi)部配備側(cè)掃聲吶、合成孔逡逑徑聲吶、多波束側(cè)身聲吶、溫鹽深儀與聲學(xué)多普勒海流剖面儀等多種設(shè)備［１４］。之后，美逡逑國通用動(dòng)力公司與藍(lán)鰭機(jī)器人公司合作研發(fā)了邋Ｂｌｕｅｆｉｎ－２１的改進(jìn)版本邐Ｋｎｉｆｅｆｉｓｈ水雷逡逑探測自主水下機(jī)器人，如圖１．４所示ｔ１５］。除了使用合成孔徑聲吶采集數(shù)據(jù)，Ｋｎｉｆｅｆｉｓｈ還逡逑能夠完成對漂浮與埋設(shè)的水雷的識別。逡逑

ｍ。，ｅｎｒｙ快速上浮與下潛能力，所搭載的先進(jìn)設(shè)備與系統(tǒng)能夠支持在一些極端環(huán)境下完成作業(yè)任逡逑務(wù)［丨邋２－１３］。逡逑圖１．１邋ＡＢＥ自主水下機(jī)器人邐圖１．２邋Ｓｅｎｔｒｙ自主水下機(jī)器人逡逑２０１４年馬航失事客機(jī)搜救任務(wù)使Ｂｌｕｅｆｍ－２１自主水下機(jī)器人來到公眾面前，如圖逡逑１．３所示。該自主水下機(jī)器人由美國藍(lán)鰭機(jī)器人公司研發(fā)，內(nèi)部配備側(cè)掃聲吶、合成孔逡逑徑聲吶、多波束側(cè)身聲吶、溫鹽深儀與聲學(xué)多普勒海流剖面儀等多種設(shè)備［１４］。之后，美逡逑國通用動(dòng)力公司與藍(lán)鰭機(jī)器人公司合作研發(fā)了邋Ｂｌｕｅｆｉｎ－２１的改進(jìn)版本邐Ｋｎｉｆｅｆｉｓｈ水雷逡逑探測自主水下機(jī)器人，如圖１．４所示ｔ１５］。除了使用合成孔徑聲吶采集數(shù)據(jù)，Ｋｎｉｆｅｆｉｓｈ還逡逑能夠完成對漂浮與埋設(shè)的水雷的識別。逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2828306