自主式水下机器人基于行为的控制方法研究

论文摘要

海洋是全球生命系统的一个基本组成部分,伴随着海洋的开发,水下机器人特别是自主式水下机器人得到广泛的应用。智能控制是当前水下机器人运动控制领域研究的热点,在很大程度上代表着今后的研究方向。本论文旨在探讨基于行为的控制技术在自主式水下机器人运动控制中的应用,并提出性能较优的水下机器人运动控制系统和基本行为的设计方案。本文建立了自主式水下机器人的运动学模型,并根据实际情况和控制器设计的需要进行了适当简化,得到了五自由度运动模型,为后续控制设计和研究提供理论依据及向导作用。通过对水下机器人基于行为的控制体系结构地研究,阐述了基于行为的水下机器人研究的主要内容,提出了一种可自主完成任务的水下机器人控制体系结构。结合在实际环境中的情况,将基于行为的控制思想与模糊控制思想相结合,设计了自主式水下机器人的基本行为,并进行了模糊化处理。本文最后结合自主式水下机器人动力学模型,使用PID作为自主式水下机器人运动的底层控制系统,并利用MATLAB中的SIMULINK和VRML两大模块,建立仿真系统的各个模型。然后,在模型基础上进行了基本行为控制的实验和仿真,并对结果加以探讨分析,为现实自主式水下机器人的应用打下了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 自主式水下机器人发展状况及前景
• 1.3 行为控制技术发展状况
• 1.3.1 行为技术发展及特点
• 1.3.2 基于行为的体系结构发展状况
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 自主式水下机器人动力学模型
• 2.1 引言
• 2.2 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 速度向量
• 2.3 动力学方程的建立
• 2.3.1 水下机器人受力分析
• 2.3.2 动力学方程
• 2.4 本章小结
• 3 基于行为的自主式水下机器人控制策略
• 3.1 引言
• 3.2 基于行为的水下机器人控制体系结构
• 3.2.1 基于行为的水下机器人研究主要内容
• 3.2.2 基于行为的水下机器人的体系结构
• 3.3 模糊逻辑控制
• 3.3.1 模糊逻辑控制工作原理
• 3.3.2 模糊逻辑控制器设计过程
• 3.4 基于行为的自主式水下机器人模糊控制系统设计
• 3.4.1 输入输出变量的确定
• 3.4.2 模糊规则建立及AUV 基本行为设计
• 3.4.3 MATLAB 的模糊化处理
• 3.5 本章小结
• 4 基于行为的自主式水下机器人控制技术实验
• 4.1 引言
• 4.2 仿真平台构建
• 4.2.1 数字PID 控制算法
• 4.2.2 水下机器人仿真平台设计
• 4.3 行为仿真实验及结果分析
• 4.3.1 目标趋向行为
• 4.3.2 避障行为
• 4.3.3 沿障碍物行走行为
• 4.4 本章小结
• 5 总结及下一步展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文