水液壓驅(qū)動(dòng)的水下機(jī)械手及其模糊PID控制方法研究.pdf

1、隨著海洋開發(fā)進(jìn)程的加快，水下機(jī)械手等水下作業(yè)裝備的研究和應(yīng)用愈顯重要。隨著水下作業(yè)任務(wù)的復(fù)雜性及控制的自主性要求不斷提高，對(duì)水下機(jī)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(fù)雜的海洋環(huán)境，受海流等隨機(jī)干擾，同時(shí)，水下裝備自身的非線性性能使得其控制技術(shù)與陸上裝備相比又有很大不同，研究水液壓機(jī)械手及其控制技術(shù)對(duì)于提高水下裝備智能化水平，加快其實(shí)用化進(jìn)程具有重要的研究意義和實(shí)用價(jià)值。
　　本文以水液壓水下機(jī)械手為研究

2、對(duì)象，在分析總結(jié)了基于油液壓及電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手的控制方式的基礎(chǔ)上，考慮本文所研究的水下機(jī)械手作業(yè)需要，研究水液壓驅(qū)動(dòng)水下機(jī)械手液壓系統(tǒng)及其控制技術(shù)，分析了機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)，研究了運(yùn)動(dòng)控制算法，在研制的試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了相關(guān)的控制試驗(yàn)。
　　本文分析了國內(nèi)外水下機(jī)械手系統(tǒng)，從驅(qū)動(dòng)方式及控制系統(tǒng)等方面總結(jié)了現(xiàn)有機(jī)械手的優(yōu)缺點(diǎn)，為本文所研究的水液壓水下機(jī)械手系統(tǒng)指明方向；總結(jié)了水下機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制方法，分析了不同控制方式的特點(diǎn)及不足，

3、為本文的控制技術(shù)研究奠定基礎(chǔ)。
　　為了研究水液壓水下機(jī)械手控制技術(shù)，本文設(shè)計(jì)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(diào)速、鎖緊等液壓回路，確定了液壓系統(tǒng)總體方案，分別設(shè)計(jì)了各液壓回路，研究各液壓元件的電氣特性；根據(jù)各液壓元件的電氣特性及機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制要求，研制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，劃分軟硬件控制系統(tǒng)的各功能模塊，設(shè)計(jì)了各功能模塊電路，基于主、從控制方式設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)，在主、從控制器中完成了相應(yīng)的軟件編程。

4、>　　研究水下機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及軌跡規(guī)劃問題，作為水下機(jī)械手自主作業(yè)及運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)。本文通過D-H法分析了機(jī)械手正向運(yùn)動(dòng)學(xué)，建立正向運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)動(dòng)方程；通過Paul等人提出的反變換法分析了機(jī)械手逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)，建立逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程；通過Morsion公式及拉格朗日方程分析水下機(jī)械手的水下動(dòng)力學(xué)，建立機(jī)械手動(dòng)力學(xué)模型；以運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、速度變化連續(xù)及時(shí)間最短為原則，規(guī)劃水下機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡。
　　水下機(jī)械手系統(tǒng)為高精度、強(qiáng)耦合、參數(shù)時(shí)變系統(tǒng)，

5、本文以模糊PID控制方法作為手下機(jī)械手的控制方法。本文在PID控制器的基礎(chǔ)上，采用二維模糊控制器，基于模糊控制理論設(shè)計(jì)模糊PID控制器。從軌跡跟蹤能力的角度出發(fā)，通過仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)模糊PID控制方法的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與PID控制方法相比，設(shè)計(jì)的模糊PID控制器具有更高的調(diào)節(jié)精度、更快的響應(yīng)速度。
　　為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的水液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及水下機(jī)械手控制系統(tǒng)的有效性，搭建了模擬實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。搭建水液壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)