悬停式AUV关键技术研究

摘要

随着海洋工程和海底探测对悬停式AUV的需求日益强烈，开发一种高度自治并可实现精确定点作业和调查的悬停式AUV是非常有意义的。
　　 在上海交通大学海洋工程国家重点实验室部属课题“悬停式AUV 关键技术研究”的支持下，本文进行了悬停式AUV 试验平台“MM-01”的研制工作，完成了系统的设计与集成，以实时视觉信息处理技术为前提，研究了视觉导航系统；建立AUV的简化动力学模型，采用基于行为的控制结构设计了AUV的自治控制策略，最终进行系统的Simulink 建模仿真，验证了控制策略的有效性。
　　 首先按照系统的功能需求，完成AUV 运动控制和视觉导航系统的方案设计，集成了所需的传感器和推进器，基于EPC2900 MiniISA 系列板卡搭建了系统的底层硬件运动控制器，为控制系统的设计验证提供了试验平台。之后在视觉处理软件HALCON的支持下进行了基于视觉的水下定位技术实验，验证了视觉系统在狭小水下环境下定位的有效性。
　　 为了进行仿真验证，根据本AUV 低速运动的特点推导建立了简化的AUV 动力学线性模型，结合实体参数和经验公式计算出一阶水动力系数，并以推进器的推力作为唯一的控制力加入到模型中，最后得到模型的状态方程形式。
　　 基于行为的体系结构和模糊控制算法适用于无法建立精确模型的情况。本文通过查阅国外大量的文献和相关书籍，基本掌握了基于行为的控制结构和模糊逻辑控制理论的基本原理和设计方法，在此基础上开展了悬停式AUV 自治控制策略的初步研究。设计了AUV的三个基本行为：
　　 漫游、巡航和避障，漫游行为在失去导航信息时进行大范围回转，巡航行为完成三维空间的预编程轨迹遍历，避障行为完成圆柱形障碍物的避让，采用基于优先级的方式进行仲裁，通过三者的有序协调实现AUV 从任务起始点航行到目标点的任务。
　　 最后在Simulink 环境下对包含高层自治控制模块、传感器与环境模块、潜器和运动控制模块的整个AUV 系统进行了建模仿真。仿真结果表明，本文设计的基于行为的控制结构是有效的。仿真结束后基于VB 编写了水面监控软件，并最终用于水池实验。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第二章 系统设计与集成

第三章 AUV动力学模型的建立

第四章 基于行为的AUV控制策略研究

第五章 基于机器视觉的水下定位系统

第六章 悬停式AUV基于行为的控制技术实验

结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文