舵桨联合操纵水下机器人运动控制研究

2012年03月15日16:53:45 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

关键字：应用

王　波，孙玉山，曹　建，张国成
哈尔滨工程大学水下机器人技术国防科技重点实验室，黑龙江哈尔滨

摘　　　要：水下机器人空间运动具有耦合性和非线性等特点，具有良好品质的运动控制器是水下机器人完成各种作业的前提。针对某舵桨联合操纵小型自主式水下机器人运动控制问题进行了研究。对速度，深度和艏向控制系统进行了介绍，根据控制需求，建立了水下机器人动力学模型，对执行机构进行了描述，设计了水下机器人滑模控制方案，采用变速趋近项代替一般指数趋近律中的等速趋近项来提高系统的快速性和削弱滑动模态的抖振，针对控制中出现的稳态误差引入智能积分项来提高控制精度。试验结果表明水下机器人控制器具有良好的稳定性和鲁棒性，水下机器人控制系统能够满足基本任务要求。

关　键　词：水下机器人；控制系统；滑模控制

１　引　言
随着海洋研究与开发的不断深入，水下机器人成为人们完成各种水下任务的重要辅助工具。由于水下机器人工作环境复杂，所以要求控制系统鲁棒性强并具有良好动态与稳态性能。由于水下机器人的运动非线性较强，传统的ＰＩＤ控制很难满足系统要求，虽然模糊控制［１２］，神经网络控制［３４］等已经在水下机器人运动控制中得到一些研究和应用，但是他们结构复杂，调节困难。模糊控制隶属度函数的设定，推理方法和反模糊化方法，以及模糊规则的获取存在相当的难度。神经网络控制的结构和参数不易确定，此外水下环境的复杂性也容易使神经网络的学习出现明显的滞后现象，控制很容易发生震荡，严重时会带来系统的发散，满足不了控制的实时性和稳定性要求。滑模控制由于滑动面的设计与控制对象的参数以及各种干扰无关，具有对参数变化和系统未建模部分的不敏感性和很强的抗干扰性，物理实现简单等优点而成为水下机器人控制的有效方法之一，并已经成功得到应用［５６］。本文研究对象为哈尔滨工程大学研制的“ＭＡＵＶ－２”小型自主式水下机器人，该机器人尾部安装有一个主推螺旋桨，一对垂直舵和一对水平舵，水下机器人空间运动依靠舵桨联合操纵实现。本文根据水下机器人艏向控制和深度控制的需求，设计了滑模控制器，并加入智能积分项［７］来提高控制系统性能，较后在湖中进行了试验，并对试验结果进行了分析。

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