本文關鍵詞： 水下機器人 路徑跟蹤 模糊控制 遺傳算法　出處：《浙江大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：空間曲線路徑跟蹤控制是水下機器人完成海地探測、海底管道檢測和光纜維護等使命任務的重要技術保證。本課題針對自制水下機器人樣機“Sea Mouse”號進行了水下機器人路徑跟蹤控制技術研究�？紤]其運動學和動力學模型的非線性、自由度之間的耦合性、以及存在未知海流干擾的特點,對遺傳算法優(yōu)化的模糊控制器實現(xiàn)“Sea Mouse”號路徑跟蹤控制進行了深入研究。本文首先介紹了“Sea Mouse”號的總體設計方案,并針對“Sea Mouse”號的結構和運動特性建立了動力學模型。最后進行操縱性仿真驗證了所建立的“Sea Mouse”號運動模型的正確性。本文首先基于視線法建立空間路徑跟蹤的運動誤差模型。該方法將“SeaMouse”號的六自由度位置誤差跟蹤控制轉化為航速誤差,艏向角誤差和縱傾角誤差的綜合控制問題;設計路徑跟蹤模糊控制器,確定了隸屬度函數(shù)、模糊控制規(guī)則、反模糊化方法。最后基于MATLAB對不同航速下的空間曲線路徑跟蹤控制進行仿真,驗證了此控制算法的有效性。本文針對模糊控制器控制規(guī)則制定簡單導致控制精度下降的問題,采用遺傳算法進行優(yōu)化,并在參數(shù)選擇模塊提出一種自適應該進方案。最后分別在時變連續(xù)海流干擾和定常非連續(xù)海流干擾下進行優(yōu)化前后的控制器路徑跟蹤控制效果對比,仿真結果驗證了基于遺傳算法優(yōu)化后的模糊控制器的有效性。本文最后在理論研究的基礎上進行了實驗研究,介紹了“SeaMouse”號控制系統(tǒng)設計,包括了硬件設計和軟件設計。進行了水池實驗,實驗結果驗證了優(yōu)化后的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。
[Abstract]:The space curve path tracking control is an underwater vehicle that does Haiti exploration. In this paper, the path tracking control technology of underwater vehicle prototype "Sea Mouse" is studied. The nonlinear kinematics and dynamics models are considered. The coupling between degrees of freedom and the characteristics of unknown current disturbance are studied in this paper. The fuzzy controller optimized by genetic algorithm to realize the path tracking control of "Sea Mouse" is deeply studied. Firstly, the overall design scheme of "Sea Mouse" is introduced in this paper. A dynamic model is established for the structure and motion characteristics of the "Sea Mouse". Finally, the maneuverability simulation is carried out to verify the correctness of the established "Sea Mouse" motion model. Firstly, based on the line-of-sight method, the spatial path tracking operation is established in this paper. In this method, the position error tracking control of "SeaMouse" with six degrees of freedom is transformed into speed error. The integrated control problem of bow angle error and longitudinal angle error is discussed, the path tracking fuzzy controller is designed, the membership function and fuzzy control rule are determined. Finally, based on the simulation of path tracking control of spatial curve at different speeds by MATLAB, the effectiveness of this control algorithm is verified. This paper aims at the problem that the control precision of fuzzy controller is reduced simply by making control rules. Genetic algorithm is used to optimize, and an adaptive scheme is proposed in the parameter selection module. Finally, the controller path tracking control results before and after optimization are compared under time-varying continuous current interference and steady discontinuous current disturbance. The simulation results verify the effectiveness of the fuzzy controller based on genetic algorithm optimization. Finally, the experimental research is carried out on the basis of theoretical research, and the design of "SeaMouse" control system is introduced. The experimental results show that the optimized controller has better stability and control precision in path tracking control.
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP242;P715

【參考文獻】

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本文編號：1541335