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在水下机器人的发展过程中,为了缩短研究水下机器人工作周期,减少实验成本,提高系统安全性和可靠性,对水下机器人仿真平台的要求也越来越高。在传统的水下机器人半物理仿真平台中,水下机器人的传感器和姿态显示分别采用虚拟传感器和上位机三维视景的方式进行模拟仿真,但虚拟传感器是根据控制系统的计算得出的输出量进行相关转化得来,这还是与有水下机器人真实传感器测得的实验数值之间存在很大的误差,并且水下机器人姿态也是由动力学模型计算得出的速度量与加速度量上传到上位机的三维视景仿真上,而不能进行真实的水下机器人姿态仿真。这对于建立水下机器人仿真平台为达到水下机器人控制系统的软件和硬件与真实系统的软件和硬件完全一致的初衷还有一定差距。为了达到水下机器人姿态的真实模拟,在小型水下机器人姿态模拟控制系统中应用了三轴转台伺服控制系统来对水下机器人姿态进行模拟。本论文以中国科学院“小型水下机器人运动特性测试仪”(No.YZ201441)项目为依托,在水下机器人半物理仿真系统进行功能扩展和技术升级。重点研究了三轴转台的水下机器人姿态模拟,对控制系统的结构和算法进行了设计和验证。本文首先研究了三轴转台的动力学模型,分析了三轴转台直流电机模型和三轴转台被控对象模型。并在此三轴转台的数学模型基础上建立了与模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)算法所需的时变状态空间方程,并设定了 MPC最优目标函数,并对最优目标函数进行了求解。此外,针对MPC控制算法中的动态模型预测分别采用神经网络和支持向量机建模,并且在滚动优化环节上采用粒子群优化算法,最终得到改进的新型模型预测算法。最后,通过大量实验分析了 MPC控制算法中的控制器参数对控制效果的影响,确定了控制器参数。重点对改进后的MPC控制算法在三轴转台的控制系统中进行了仿真实验测试,体现了改进后的新型模型侧控制算法的优越性。