基于模糊PID的无人水下机器人运动控制研究

摘要

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。

目录

声明

1 绪论

1.1 概述

1.2 水下机器人的一般分类

1.3 ROV发展历程概况及现状研究

1.4 水下机器人的应用及启示

1.5 ROV运动控制技术发展历程

1.6 课题研究内容及意义

2 ROV运动模型

2.1 引言

2.2 坐标系

2.3 运动假设

2.4 六自由度空间运动方程

2.5 空间运动受力分析

2.6 水下机器人六自由度运动方程简化

2.7 传递函数

2.8 本章小结

3 PID控制方法及控制器设计

3.1 引言

3.2 PID控制

3.3 模糊控制

3.4 模糊PID控制

3.5 模糊PID控制系统的仿真

3.6 本章小结

结论

参考文献

致谢