论文部分内容阅读
本文研究了水下机器人(仿生机器鱼)的路径规划以及轨迹跟踪控制。
首先,分析了机器鱼的运动特性、水波动力学、以及机器鱼碰撞模型,建立了一个水下机器人的仿真系统。利用此系统,可以为水下机器人的避障、多机器人队形控制、多机器人导航等研究提供控制方法的检测和验证。
其次,通过比较路径规划方法的优缺点以及应用范围,选择人工势场法来研究水下机器人在动态环境下的路径规划问题。为了避免水下机器人碰撞到动态的障碍物,预测障碍物下一个时刻的位置点,并以该位置点和机器人的连线方向作为机器人受到的排斥力的方向,其大小同机器人到障碍物距离相关。吸引力选择为一大小固定、方向指向目标点的力。在得到了机器人的虚拟合力后,利用模糊控制算法将合力转化水下机器人控制指令。通过实验证明了该方法的有效性。
再次,研究了水下机器人的轨迹跟踪控制问题。考虑水下机器人的实际特点以及水环境的复杂性,采用基于神经网络的滑模控制的方法实现水下机器人的控制。其中利用梯度下降法实现参数优化的径向基函数神经网络用于模拟水下机器人的运动特性,由等价控制设计以及调整控制设计两个阶段组成的滑模控制方法设计水下机器人的控制规律。利用Lyapunov函数来分析了闭环系统的稳定性。为了研究多水下机器人之间的协作轨迹跟踪控制,设计了多水下机器人跟踪的任务分配方法以及协作控制原理。通过实验证明了该方法的有效性。
最后,总结了文中的研究内容和研究结果。