基于模糊PID的无人水下机器人运动控制研究

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二十一世纪是人类经略海洋的世纪。海洋空间已经成为当今世界军事、经济竞争的重要领域,各主要国家对海洋研究的重视程度与日俱增。在大深度进行水下作业的自动化高技术装备,则是进行海洋探索、救援与军事应用的首要选择。伴随着这股热潮的到来,无人水下机器人(Remotely Operated Vehicle,简称ROV)技术取得了长足的发展。相比较无缆自治水下机器人,ROV通过自身所带的脐带缆接受来自水面提供的动力和发出的控制命令,相对于无人水下机器人,ROV更加的轻便、简单、可靠性好、作业能力强,便于操作,而技术要求易于达到。ROV在军民两个方面都有广泛的应用前景,民用可以在海上资源的勘探和开发等方面发挥作用,在军用方面特别是在现代海军建设中更是具有不可替代的优势,业已成为当下部队建设发展不可或缺的水下侦测、救援等主要设备和作业平台。作为一支防险救生部队,担负着水下救援及探摸打捞等使命任务。使命任务作业范围广,下潜深度大,对工程作业的技术要求高,这正符合ROV的设计特点和初衷。包括我国在内的主要大国都在研制各种用途的ROV,完成探雷、扫雷、侦察、探摸、打捞等任务。本课题将结合遥控水下机器人为研究对象,对其控制规律等进行研究与优化。文中建立了ROV的空间运动学模型,根据实际需要,简化得出六自由度运动模型。运用模型解耦、平面假设理论、模型线性化等理论,我们以PID经典控制算法得出的结果为基本参考,通过引入二维模糊控制理论对数据进行优化,以达到对PID控制参数的在线整定。与此同时,借助Matlab软件提供的模糊控制工具箱Fuzzy Logic来实现对模糊PID控制器的设计。利用Matlab/Simulink进行仿真实验,实现对该型水下机器人的艏向和深度的调节控制,通过对模糊PID与传统PID的仿真结果的相互比较,以此验证模糊PID控制具有更加突出的准确性与适用性。
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