论文摘要
我国有众多的水库和拦河大坝,迫切的需要有效的堤坝检测手段。堤坝检测水下机器人(探坝机器人)是为查找江、河、湖、海的各种堤坝的裂缝、破损和隐患等质量问题而设计的。它是一个以缆控水下机器人(ROV)为载体,装备有声、光、电等多种先进传感器的综合体。要使探坝机器人成功完成工作任务,就要对其进行有效的控制,这就需要建立探坝机器人的数学模型,而探坝机器人具有较强的非线性特征,很难建立一个较为精确的数学模型,同时由于工作环境的复杂性和未知性,并考虑到经济性、安全性等因素,研究如何更好地实现机器人载体的运动控制,对于堤坝检测机器人的实用化具有重要的理论和现实意义。本文分析和研究了一种基于模糊逻辑和滑模控制相结合的模糊滑模控制方法,利用该方法设计的控制器可以有效的减弱抖震和提高控制器的控制性能。本文采用该控制方法开发了堤坝检测水下机器人的水面控制系统,经过海上和水池试验验证,该系统具有可行性与较好的鲁棒性和实时性。同时,本文采用了PC104作为水下机器人水下运动控制系统的水下控制机,开发了运行于水下控制机PC104上的基于VxWorks操作系统的水下运动控制系统程序,完成接收各种传感器信息以及向各个推进器发送电压指令的任务,水下运动控制系统和水面控制系统一起构成了完整的探坝机器人运动控制系统。最后通过海上试验和水池试验证明了堤坝探测水下机器人的整个运动控制系统的可行性和可靠性。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 引言1.2 水下机器人的分类1.3 缆控水下机器人的发展及应用1.4 缆控水下机器人控制技术概况1.5 缆控水下机器人控制系统概述1.6 本文的主要研究内容1.7 本章小结第2章 水下机器人的运动控制模型2.1 坐标系及坐标变换2.1.1 固定坐标系和运动坐标系2.1.2 坐标变换2.2 空间运动方程2.3 重力和浮力2.4 推进器产生的推力2.5 水动力系数的获得2.6 环境干扰力2.7 本章小结第3章 水下机器人的运动控制算法3.1 PID控制3.1.1 PID控制概述3.1.2 PID控制算法3.2 自适应控制3.3 模糊控制3.3.1 模糊控制概述3.3.2 水下机器人的模糊控制3.4 神经网络控制3.4.1 神经网络概述3.4.2 人工神经元3.4.3 多层前项神经网络3.4.4 神经网络控制器3.5 滑模控制3.5.1 滑模控制概述3.5.2 滑模控制器的设计3.6 堤坝检测水下机器人的模糊滑模控制3.6.1 模糊滑模控制概述3.6.2 模糊滑模控制器的设计3.6.3 模糊滑模控制与其它控制的比较3.7 本章小结第4章 嵌入式实时操作系统VXWORKS及其开发环境TORNADO4.1 嵌入式实时系统4.1.1 嵌入式系统4.1.2 嵌入式实时操作系统4.1.3 嵌入式实时操作系统的开发设计4.2 嵌入式实时操作系统VxWorks4.2.1 VxWorks概述4.2.2 VxWorks操作系统组成4.2.3 VxWorks特点和优势4.3 主机集成开发环境Tornado4.3.1 Tornado概述4.3.2 Tornado IDE的主要组成及其特点4.3.3 Tornado核心工具4.4 板级支持包BSP4.4.1 VxWorks BSP简介4.4.2 VxWorks BSP的构成4.4.3 VxWorks BSP的开发4.5 VxWorks驱动程序的编写4.5.1 VxWorks下设备及其驱动程序概述4.5.2 VxWorks下串行设备驱动程序的编写4.6 本章小结第5章 堤坝检测水下机器人的运动控制系统设计5.1 堤坝检测水下机器人的结构5.2 堤坝检测水下机器人的系统组成5.3 堤坝检测水下机器人的水面控制系统5.3.1 水面控制系统的软件实现5.3.2 水面控制系统的软件设计流程5.4 堤坝检测水下机器人的水下运动控制系统5.4.1 水下运动控制系统的硬件组成5.4.2 水下运动控制系统的软件设计5.5 试验结果5.6 本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果致谢
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