水液壓驅動的水下機械手及其模糊PID控制方法研究.pdf

1、隨著海洋開發(fā)進程的加快，水下機械手等水下作業(yè)裝備的研究和應用愈顯重要。隨著水下作業(yè)任務的復雜性及控制的自主性要求不斷提高，對水下機械手的自主作業(yè)能力及控制性能也提出了更高的要求。水下裝備工作在復雜的海洋環(huán)境，受海流等隨機干擾，同時，水下裝備自身的非線性性能使得其控制技術與陸上裝備相比又有很大不同，研究水液壓機械手及其控制技術對于提高水下裝備智能化水平，加快其實用化進程具有重要的研究意義和實用價值。
　　本文以水液壓水下機械手為研究

2、對象，在分析總結了基于油液壓及電機驅動的機械手的控制方式的基礎上，考慮本文所研究的水下機械手作業(yè)需要，研究水液壓驅動水下機械手液壓系統(tǒng)及其控制技術，分析了機械手的運動學及動力學，研究了運動控制算法，在研制的試驗平臺上進行了相關的控制試驗。
　　本文分析了國內外水下機械手系統(tǒng)，從驅動方式及控制系統(tǒng)等方面總結了現(xiàn)有機械手的優(yōu)缺點，為本文所研究的水液壓水下機械手系統(tǒng)指明方向；總結了水下機械手運動控制方法，分析了不同控制方式的特點及不足，

3、為本文的控制技術研究奠定基礎。
　　為了研究水液壓水下機械手控制技術，本文設計了水液壓系統(tǒng)，研制了其控制系統(tǒng)。通過研究液壓系統(tǒng)調速、鎖緊等液壓回路，確定了液壓系統(tǒng)總體方案，分別設計了各液壓回路，研究各液壓元件的電氣特性；根據各液壓元件的電氣特性及機械手運動控制要求，研制機械手運動控制系統(tǒng)，劃分軟硬件控制系統(tǒng)的各功能模塊，設計了各功能模塊電路，基于主、從控制方式設計了控制系統(tǒng)軟件體系結構，在主、從控制器中完成了相應的軟件編程。

4、>　　研究水下機械手運動學、動力學及軌跡規(guī)劃問題，作為水下機械手自主作業(yè)及運動控制的基礎。本文通過D-H法分析了機械手正向運動學，建立正向運動學運動方程；通過Paul等人提出的反變換法分析了機械手逆向運動學，建立逆向運動學方程；通過Morsion公式及拉格朗日方程分析水下機械手的水下動力學，建立機械手動力學模型；以運動平穩(wěn)、速度變化連續(xù)及時間最短為原則，規(guī)劃水下機械手的運動軌跡。
　　水下機械手系統(tǒng)為高精度、強耦合、參數時變系統(tǒng)，

5、本文以模糊PID控制方法作為手下機械手的控制方法。本文在PID控制器的基礎上，采用二維模糊控制器，基于模糊控制理論設計模糊PID控制器。從軌跡跟蹤能力的角度出發(fā)，通過仿真實驗對模糊PID控制方法的有效性進行驗證，仿真實驗結果表明：與PID控制方法相比，設計的模糊PID控制器具有更高的調節(jié)精度、更快的響應速度。
　　為了驗證本文設計的水液壓驅動系統(tǒng)以及水下機械手控制系統(tǒng)的有效性，搭建了模擬實驗裝置，進行了實驗研究。搭建水液壓系統(tǒng)實驗