21世紀(jì)是海洋的世紀(jì),海洋將成為人類(lèi)生存與發(fā)展的新空間。走向海洋、經(jīng)略海洋、維護(hù)海權(quán),必須以強(qiáng)大的海洋觀測(cè)能力尤其是對(duì)目標(biāo)軌跡追蹤能力作為技術(shù)支撐。水下機(jī)器人作為一種遠(yuǎn)程控制的移動(dòng)作業(yè)載體,為水下目標(biāo)軌跡追蹤任務(wù)的實(shí)現(xiàn)提供了新思路。現(xiàn)有追蹤控制器中大多要求水下機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型精確已知,然而受水下環(huán)境擾動(dòng)等不確定因素影響,水下機(jī)器人非線性動(dòng)力學(xué)模型難以精確。針對(duì)上述問(wèn)題,本文考慮自主水下機(jī)器人(AUV)模型參數(shù)不確定約束,開(kāi)展水下機(jī)器人軌跡追蹤算法研究,本文的主要研究工作如下幾個(gè)方面:(1)針對(duì)已有水下機(jī)器人難以二次開(kāi)發(fā)問(wèn)題,在硬件上組裝了水下機(jī)器人,軟件上自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)程序,搭建了水下機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),以確保設(shè)計(jì)的軌跡追蹤算法能有效嵌入到水下機(jī)器人控制系統(tǒng)中,為理論研究成果的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提供了保障。(2)針對(duì)模型參數(shù)不確定的水下機(jī)器人軌跡追蹤問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種基于T-S模糊模型的水下機(jī)器人控制器,以實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人在模型參數(shù)不確定下的有效追蹤,提高系統(tǒng)控制品質(zhì)。最后通過(guò)仿真結(jié)果表明在模型參數(shù)不確定的情況下,所提出的T-S模糊控制器可以實(shí)現(xiàn)有效的軌跡追蹤。(3)針對(duì)已有水下機(jī)器人的定位與追蹤通常都是分開(kāi)研究的問(wèn)題,存在定位難、追蹤差的不足,提出了在異步時(shí)鐘下AUV聯(lián)合定位與追蹤算法設(shè)計(jì)。首先設(shè)計(jì)了一種異步定位算法,對(duì)AUV的位置進(jìn)行精確估計(jì);然后根據(jù)估計(jì)的位置和AUV易受干擾的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種無(wú)模型自適應(yīng)控制器,以提高軌跡追蹤算法的控制精度。
【學(xué)位單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TP242
【部分圖文】：

圖 2-5 STM32F407 核心板口協(xié)議分別接受接收 UWB 定位模塊和陀螺儀I 協(xié)議由無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊接收的控制命令，然標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算出輸入控制量，最后通過(guò)定時(shí)器將輸信號(hào)，PWM 信號(hào)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)而對(duì)電機(jī)進(jìn)行32F407 作為水下機(jī)器人控制系統(tǒng)的微控制器，能該芯片的抗干擾能力較強(qiáng)，STM32F407 核心板種新型無(wú)線通信技術(shù)，具有傳輸速率快、功耗低僅具有工作電壓低、速度快、多頻點(diǎn)、低功耗和制快速變化的脈沖，使信號(hào)具有 GHz 帶寬。它輸信號(hào)功率譜密度低和抗截取能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可

具有傳輸速率快、功耗低的特點(diǎn)。 如圖2-6 所示，該模塊不僅具有工作電壓低、速度快、多頻點(diǎn)、低功耗和應(yīng)用成本便宜的特點(diǎn)，而且可直接調(diào)制快速變化的脈沖，使信號(hào)具有 GHz 帶寬。它同時(shí)也具有對(duì)信道衰落不敏感、傳輸信號(hào)功率譜密度低和抗截取能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可以提供厘米級(jí)的定位精度。一方面，它可以滿足水下弱通信環(huán)境中數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可靠傳輸；另一方面可以實(shí)現(xiàn)陸地?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)快速傳輸。本模塊 MCU 采用 M4 系列 MCU，提供系統(tǒng)運(yùn)行速度，并通過(guò)優(yōu)化算法，提升測(cè)距性能，高頻率的測(cè)距性能，為后續(xù)對(duì)測(cè)距數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理提供了充足的數(shù)據(jù)樣本。濾波后測(cè)距結(jié)果的波動(dòng)大大降低，空曠靜止?fàn)顟B(tài)可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的波動(dòng)，同時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)波動(dòng)也較其他產(chǎn)品大幅降低。本模塊可以應(yīng)用于各類(lèi)的室內(nèi)外測(cè)距以及定位的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)距和對(duì)目標(biāo)的定位功能，由于室內(nèi)無(wú)法使用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)定位，本模塊可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的定位功能，滿足于機(jī)器人和飛行器等在室內(nèi)的定位、導(dǎo)航的應(yīng)用。模塊板載 USB、

標(biāo)簽 C 基站與標(biāo)簽測(cè)距A 基站 C 基站將測(cè)距信息返回給 2-8)采用高精度的陀螺儀加速度計(jì) MPU6050讀取 MPU6050 的測(cè)量數(shù)據(jù)，采用實(shí)用高效的降低測(cè)量過(guò)程中的噪聲干擾，并且可以精確的易用的串口協(xié)議輸出有效的重要數(shù)據(jù)。該模塊數(shù)據(jù)輸出的穩(wěn)定性較好，與其它傾角儀相比較布局精致、用料十足，保證了陀螺儀受到外界據(jù)的準(zhǔn)確度高。同時(shí)陀螺儀模塊也保留了 I2C數(shù)據(jù)的特殊用戶的需求。該模塊內(nèi)部具有穩(wěn)壓以模塊的可替換性較高。
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本文編號(hào)：2892325