深海采矿车行走控制技术研究

论文摘要

深海采矿是一个极其复杂的工艺过程。深海采矿车为深海采矿系统的前端智能机械,在深6km的海底行走采集多金属结核。作为采矿系统的随动中心,采矿车的行走方式、行走算法及非结构化的深海环境等因素制约其行走作业性能,开展采矿车行走控制技术的研究,具有重要意义。在充分了解深海采矿车结构特点、技术特点的基础上,结合深海沉积物特性、海泥土力学性质,分析了短基线声学原理中的短基线定位测量系统的工作原理、短基线定位测量系统的结构框图及所有海洋噪声对采矿车的声纳定位系统产生影响的对策及因延时影响引起的测距误差而提出的数据融合技术。在详细论述模糊控制器结构模型中模糊规则的构成、模糊规则组合的逻辑运算、实值点向模糊集的映射及模糊集向清晰点的映射的基础上,结合履带车辆人工操作经验整合的针对航向角误差,对应的左、右履带速度调节值的专家规则,构成了专家系统,利用模糊控制器,实现了采矿车绝对速度和航向角的闭环控制,确定以偏差e、偏差变化率e_c为输入,控制量u为输出的模糊系统,根据采矿车控制的需要,建立了隶属度函数,归纳出了模糊控制规则,应用重心法对模糊量进行了去模糊化处理。并在Matlab环境下进行了仿真实验,仿真结果表明:所设计的深海采矿车模糊行走控制算法可使采矿车有效跟踪给定的规划路径,深海采矿车的直线行走轨迹控制精度满足深海采矿行走要求,验证了算法的可行性和有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 采矿车行走问题概述及研究现状
• 1.3 移动机器人行走规划研究现状
• 1.4 深海采矿控制技术研究现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研究现状
• 1.5 深海采矿工艺流程
• 1.6 课题研究意义
• 1.7 本文的研究内容和结构安排
• 第二章 深海采矿车结构特点和行走采集原理
• 2.1 采矿车的功能
• 2.2 采矿车的主要性能指标
• 2.3 采矿车的主要结构特点
• 2.4 采矿车的主要技术特点
• 2.4.1 稀软海底大负荷承载与牵引的作用机理
• 2.4.2 采矿车的多金属采集方式
• 2.4.3 采矿车的行走方式
• 2.4.4 采矿车的行走作业规划及控制方案
• 2.5 小结
• 第三章 深海行走环境和采矿车水声定位研究
• 3.1 采矿车行走矿区沉积物特性和海流动力学特性
• 3.1.1 矿区底层沉积物特性
• 3.1.2 矿区底层海流动力学特性
• 3.2 我国矿区海泥土力学性质
• 3.3 采矿车的水声定位
• 3.3.1 采矿车定位系统的工作原理
• 3.3.2 抗干扰的对策及延时的修正
• 3.4 小结
• 第四章 深海采矿车航向角及速度检测研究
• 4.1 采矿车航向角的检测
• 4.2 采矿车速度的检测
• 4.3 小结
• 第五章 深海采矿车专家模糊控制行走的研究
• 5.1 基于两层模糊控制的采矿车行走策略
• 5.2 模糊控制器结构模型
• 5.2.1 模糊规则库
• 5.2.2 模糊推理机
• 5.2.3 模糊化
• 5.2.4 解模糊化
• 5.3 基于专家系统的模糊行走控制
• 5.3.1 模糊控制器的基本结构
• 5.3.2 模糊控制器的工作过程
• 5.3.3 采矿车转向时的运动方程
• 5.3.4 采矿车专家系统规则
• 5.3.5 采矿车控制器的设计
• 5.4 模糊控制器具体设计步骤及实现
• 5.4.1 模糊控制器语言变量的定义
• 5.4.2 模糊控制器隶属度函数
• 5.4.3 模糊控制器的知识库
• 5.4.4 模糊映射
• 5.4.5 去模糊化
• 5.5 专家模糊算法的仿真
• 5.6 小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果