海底采矿车路径跟踪和点镇定行走控制研究

摘要

作为深海采矿系统的重要载体，海底采矿车工作在数千米水深的复杂未知海底表面，其行走控制一直是深海采矿系统的重要技术难点之一。本文以采矿车的实际工作方式为基础，研究采矿车在复杂工作环境下的路径跟踪和点镇定行走控制，对其在采矿过程中的行走控制具有极其重要的意义。
　　根据采矿车跟踪直线行走采矿工况，开展采矿车的路径跟踪控制研究。分析采矿车的位姿误差，设计一种路径控制策略，并采用Lyapunov函数法证明了位姿误差能够稳定收敛到零，采用ADAMS/ATV模块建立了采矿车动力学模型，最后利用MATLAB/Simulink软件平台建立采矿车路径跟踪机械-控制协同仿真模型，开展协同仿真，结果说明所设计的路径控制策略是正确的。
　　针对采矿车在不同路径和位姿之间的转换行走工况，开展点镇定控制研究。在极坐标下分析采矿车位姿误差，选用合适的状态变量，设计一种点镇定控制律，并采用Lyapunov函数法分析系统的稳定性。根据MATLAB/Simulink平台，以基于ADAMS/ATV建立的采矿车动力学模型为被控对象，开展采矿车点镇定机械-控制协同仿真，结果表明所设计的点镇定控制律是合理的。
　　以铰接式履带车为实验平台，基于所设计的路径控制策略和点镇定控制律，应用LabVIEW软件编写采矿车自动行走控制程序，开展采矿车路径跟踪和点镇定行走控制实验，结果表明所设计的控制律和自动行走控制系统是有效的。