機(jī)械手作業(yè)擾動下UUV動態(tài)控位技術(shù)研究.pdf

1、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人類對資源的迫切需求使人們逐漸意識到開發(fā)利用海洋資源的重要性。隨著人類對海洋探索和開發(fā)的深入，無人水下航行器（Unmanned Underwater Vehicle，UUV）自主作業(yè)系統(tǒng)是一個重要的研究方向，即將機(jī)械手等設(shè)備裝配于UUV，自主完成特定的水下作業(yè)任務(wù)。UUV順利完成水下自主作業(yè)任務(wù)的一個必要條件是具備一定的位姿保持能力，然而機(jī)械手執(zhí)行水下作業(yè)任務(wù)的過程中必然對UUV本體產(chǎn)生擾動力（矩）而影響其位姿保持，從

2、而影響水下自主作業(yè)任務(wù)完成的效果。
　　本文針對機(jī)械手作業(yè)擾動下UUV的動態(tài)控位問題主要開展了以下工作：
　　首先，建立了機(jī)械手作業(yè)擾動下的UUV動力學(xué)模型。參考UUV運(yùn)動數(shù)學(xué)模型，分析了其受到的水動力（矩）和海流干擾力（矩），進(jìn)而建立了機(jī)械手動力學(xué)方程，并給出了機(jī)械手作業(yè)過程中對UUV所產(chǎn)生的擾動力、擾動力矩的計(jì)算方法，從而得到機(jī)械手作業(yè)擾動下的UUV動力學(xué)模型；
　　其次，對UUV進(jìn)行了控位能力分析。在給出UUV推

3、進(jìn)器配置方案一般模型以及實(shí)現(xiàn)動態(tài)控位所需滿足的條件基礎(chǔ)上，針對UUV受到海流干擾的情況，計(jì)算了其依靠自身推進(jìn)器配置方案在各個流向角下能夠抵抗的最大海流速度，并根據(jù)機(jī)械手典型作業(yè)情況分析了其產(chǎn)生擾動力、擾動力矩的范圍，通過與UUV推進(jìn)系統(tǒng)能夠提供的最大推進(jìn)力、推進(jìn)力矩進(jìn)行對比驗(yàn)證了機(jī)械手作業(yè)擾動下UUV動態(tài)控位的可實(shí)現(xiàn)性，從而證明了UUV推進(jìn)器配置方案設(shè)計(jì)的合理性；
　　然后，設(shè)計(jì)了在機(jī)械手作業(yè)、環(huán)境因素等擾動作用下對UUV實(shí)現(xiàn)動態(tài)

4、控位的控制器。結(jié)合 UUV動力學(xué)模型的多輸入多輸出、各狀態(tài)變量相互耦合以及受到不確定擾動作用等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于模糊切換增益的滑?？刂破饕詫?shí)現(xiàn)對UUV的動態(tài)控位，其中，模糊切換增益的引入是為了在保證滑?？刂破鞯聂敯粜约翱垢蓴_能力的基礎(chǔ)上消除抖振現(xiàn)象，提高滑?？刂破鞯膶?shí)用性；
　　最后，通過仿真案例對所設(shè)計(jì)的控制方法進(jìn)行驗(yàn)證。設(shè)計(jì)并執(zhí)行了UUV在海流干擾作用下逼近作業(yè)目標(biāo)和在機(jī)械手作業(yè)擾動下進(jìn)行動態(tài)控位的仿真案例，對比了基于模糊切換增