本文選題：水下自主機器人　切入點：浮力調(diào)節(jié)裝置　出處：《浙江大學》2017年碩士論文

【摘要】：無人潛器的發(fā)展方向是輕量化,無纜自主和功能豐富化。而AUV則因其無纜自主的特點,被用來執(zhí)行需要大范圍機動的輕量任務。但絕大多數(shù)AUV只能用于觀測而沒有操作的能力。因此,對作業(yè)型水下自主機器人(IAUV)進行設計開發(fā)和研究是必要的。為了搭載不同水下作業(yè)部件和支持水下作業(yè)實驗展開,本文根據(jù)需求設計開發(fā)了用于淺水的小型輕量的作業(yè)型AUV機體。其可以無拖纜進行水下自主移動,可以根據(jù)需要拓展、更換不同的工作部件和推進器,從而可以用于不同的水下操作任務并配置與之適應的動力分布。為了使得作為搭載操作部件的機體能夠保持穩(wěn)定的姿態(tài),本文設計了相應的姿態(tài)控制器。而進行水下操作的IAUV是一個受未知大擾動和自身特性時變的耦合非線性系統(tǒng),因此本文引入CMAC網(wǎng)絡對時變且復雜的系統(tǒng)進行適應,并利用李雅普諾夫原理證明了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,徹底消除自適應控制器的潛在發(fā)散可能。通過不同控制器控制結(jié)果的比較,驗證了CMAC魯棒自適應控制律不僅能快速準確適應擾動,還能穩(wěn)定的運行不出現(xiàn)突然發(fā)散的現(xiàn)象。作業(yè)型水下自主機器人會要工作在不同的深度,如果通過推進器持續(xù)運行來調(diào)節(jié)深度,將是一個及其耗費能量的過程。利用浮力調(diào)節(jié)裝置進行浮沉控制就顯得很有必要。本文提出并設計完成了新型的自排油浮力調(diào)節(jié)原理,從而使浮力調(diào)節(jié)裝置在淺水處工作更可靠。本文還建立了浮力調(diào)節(jié)裝置的動力學模型。為了更快的調(diào)節(jié)深度,本文基于最大值原理證明了時間最優(yōu)控制有限切換序列的存在,并進一步綜合最優(yōu)控制器與PD控制器二者優(yōu)點,設計了變結(jié)構(gòu)深度控制器。其在大范圍深度調(diào)節(jié)時能夠獲得快速性,同時對于目標深度跟蹤有較好的準確性和穩(wěn)定性。
[Abstract]:The development direction of unmanned submersible vehicle is light weight, cable-free autonomy and rich function.AUV is used to carry out light tasks that require wide range of maneuvers because of its cable-free autonomy.But the vast majority of AUV can only be used for observation and no operational ability.Therefore, it is necessary to design, develop and research the AUV (Autonomous underwater vehicle).In order to carry different underwater operating parts and support underwater operation experiments, a small light-weight AUV airframe for shallow water was designed and developed according to the requirements.It can be moved independently under water without towing cable and can be expanded according to the need to replace different working parts and thrusters so that it can be used in different underwater operation tasks and can be configured with suitable dynamic distribution.In order to make the airframe keep a stable attitude, a corresponding attitude controller is designed.The underwater operation of IAUV is a coupled nonlinear system with unknown large disturbances and time-varying characteristics. Therefore, the CMAC network is introduced to adapt to time-varying and complex systems.The stability of the closed-loop system is proved by using Lyapunov principle and the potential divergence of the adaptive controller is eliminated completely.By comparing the control results of different controllers, it is proved that the CMAC robust adaptive control law can not only adapt to the disturbance quickly and accurately, but also can run stably without the phenomenon of sudden divergence.The operating autonomous underwater vehicle (AUV) will have to work at different depths. If the depth is adjusted by the continuous operation of the propeller, it will be an energy-consuming process.It is necessary to use the buoyancy adjusting device to control the buoyancy.In this paper, a new principle of self-discharging oil buoyancy regulation is proposed and designed, which makes the buoyancy regulating device more reliable in shallow water.The dynamic model of the buoyancy regulator is also established in this paper.In order to adjust the depth more quickly, the existence of finite switching sequence of time optimal control is proved based on the maximum principle, and the variable structure depth controller is designed by combining the advantages of optimal controller and PD controller.At the same time, it has good accuracy and stability for target depth tracking.
【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

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本文編號：1716091