【摘 要】
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随着水下资源的不断开采,水下机器人的水下作业能力逐渐受到重视。精准的定深、航向等运动控制以及较强的抗干扰能力是水下机器人能够较好地完成水下作业的前提,提高水下机器人的运动控制能力具有重要的研究意义。本文以三推进器遥操作水下机器人（Remotely Operated Vehicle,ROV）为研究对象,展开如下研究工作:（1）通过建立水下机器人的固定坐标系和运动坐标系,分析水下机器人在两坐标系间的转
【基金项目】
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基于带缆遥控水下机器人-机械手系统水下自主作业的非完全同态多模型切换控制研究,项目编号为62063001
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随着水下资源的不断开采,水下机器人的水下作业能力逐渐受到重视。精准的定深、航向等运动控制以及较强的抗干扰能力是水下机器人能够较好地完成水下作业的前提,提高水下机器人的运动控制能力具有重要的研究意义。本文以三推进器遥操作水下机器人（Remotely Operated Vehicle,ROV）为研究对象,展开如下研究工作:（1）通过建立水下机器人的固定坐标系和运动坐标系,分析水下机器人在两坐标系间的转换关系,并建立水下机器人的运动学模型;通过分析水下机器人的受力情况,研究水下机器人动力学模型;并根据ROV控制执行机构特点简化系统运动控制模型。（2）采用PID控制方法设计遥操作水下机器人深度控制器、航向控制器和航速控制器;并完成遥操作水下机器人运动控制仿真实验,分析试验结果并验证仿真实验的准确性。（3）采用最小二乘法获取遥操作水下机器人的航向运动过程中相关的水动力参数,对参数辨识结果进行评估分析,评估分析显示:构建的遥操作水下机器人航向运动控制模型能够较好地反映遥操作水下机器人的航向运动特性。基于辨识的运动模型采用状态反馈控制方法设计遥操作水下机器人深度控制器、航向控制器和航速控制器;并完成遥操作水下机器人运动控制仿真实验。实验结果与PID控制仿真实验结果进行对比表明两种控制器均能完成遥操作水下机器人基本的运动控制,但状态反馈控制器的控制效果更加良好。（4）基于现有的试验条件,引入设计的航向PID控制器并结合比例度参数整定方法,分三次进行遥操作水下机器人的航向控制水池试验。三次试验结果与仿真实验对比分析验证了所设计的航向PID控制器的可行性和合理性且能够较好地完成遥操作水下机器人的航向控制任务,但相比于仿真实验下理想的水下环境,在实际的水下环境中还需对控制器的参数进一步调整。
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