水下机器人浮力自适应控制技术研究

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AUV(Autonomous Underwater Vehicle)在进行远程航行过程中,由于所处外部环境海水温度、盐度、深度的变化引起的海水密度变化会导致AUV在水中的浮力发生改变,需要通过浮力自适应系统进行浮力补偿。本课题针对中小型、长航程AUV在水下航行时,由于海水密度的改变所造成的浮力变化对AUV航行的影响,选取了油囊式浮力调节装置,并运用模糊PID的控制算法对其进行研究,提供了一种新的定深控制方法,可以有效节约AUV能源,这对于无人自主远程航行器来说具有重要的意义。  本研究主要内容包括:⑴介绍了本文的研究背景及意义,概述了浮力自适应系统国内外发展现状及常用的控制策略。⑵论证AUV整体设计方案的可行性,分模块讨论了各系统的主要部件,对浮力自适应控制系统的设计做了详细的阐述,对当前的几种浮力调节装置进行比较,根据本课题的实际要求选用油囊式浮力调节装置,对最大浮力做了相关计算,并进行了浮力分配。⑶选取坐标系,给出水下机器人的空间运动标准数学模型,考虑本课题的实际需求对模型进行合理的简化,得到便于分析AUV浮沉运动的设计模型,为控制器的设计奠定基础。⑷将PID控制和模糊控制相结合,设计一种针对本课题的AUV自适应系统模糊PID控制器,运用Matlab/Simulink软件分别对PID控制和模糊PID控制进行仿真,从控制速度、控制精度、抗干扰性等方面进行对比分析,说明模糊PID的适用性,从而进一步说明此浮力自适应控制系统的合理性。
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