基于變形仿生鰭的機器人減搖控制策略研究.pdf

1、海洋資源作為一種人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)財富，已經(jīng)發(fā)展成為各國重要的戰(zhàn)略目標。同時，作為一種在海洋開發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域的高新技術(shù)載體，海洋機器人已受到了越來越多的關(guān)注。在海洋機器人的幫助下，我們可以更好的保護地球上的海洋資源，以及有效的利用這些資源來為人類服務(wù)。由于工程作業(yè)時的實際需要，海洋機器人將不可避免的在水面及近水面操作，因此，對水面、近水面機器人的研究和設(shè)計已成為重要的發(fā)展方向。
　　 當海洋機器人在近水面低速航行作業(yè)時，

2、與處于深海時不同，將受到近水面波浪的干擾。在這些擾動的作用下，機器人將產(chǎn)生搖擺運動，使其姿態(tài)平衡受到影響，進而威脅到機器人的工作及安全性能。由于海洋機器人具有航行速度過低、自身形體結(jié)構(gòu)特殊及體積較小等特點，本文提出一種結(jié)合仿生學理論及變形鰭技術(shù)的新型減搖裝置。該裝置不僅具有更高的升力產(chǎn)生效率，同時能量消耗較小，適用于海洋機器人近水面低速航行時的姿態(tài)控制。
　　 為研究海洋機器人在近水面時的動力學特性，本文首先對機器人6自由度運動

3、模型進行了分析。為簡化控制系統(tǒng)的設(shè)計及便于對被控對象的分析，將系統(tǒng)方程在平衡點處線性化，建立具有狀態(tài)空間形式的海洋機器人近水面運動方程。在對機器人外形結(jié)構(gòu)進行簡化的基礎(chǔ)上，對近水面波浪干擾力及力矩進行理論分析，利用Morison方程建立干擾力的數(shù)學模型，并結(jié)合數(shù)值仿真確定海浪干擾對機器人的深度干擾范圍。
　　 利用解耦及線性化方法建立用于橫搖減搖控制的海洋機器人橫搖運動模型。闡述海洋機器人在近水面低速航行時的橫搖減搖原理，結(jié)合變

4、結(jié)構(gòu)控制理論、自適應(yīng)控制理論、反饋線性化方法及非線性跟蹤控制理論，設(shè)計了三種不同的橫搖減搖控制策略。所設(shè)計的控制策略解決了在海洋機器人橫搖減搖控制中，由于海浪干擾的隨機性及變形仿生鰭升力模型非線性所帶來的具體控制設(shè)計問題。通過理論分析及仿真實驗，驗證了控制器設(shè)計的穩(wěn)定性及有效性。
　　 進一步，考慮由于水動力參數(shù)的不確定性和外界干擾對系統(tǒng)模型的影響，建立海洋機器人橫搖、艏搖及橫蕩相耦合的水平面運動模型。依據(jù)舵、鰭聯(lián)合控制原理，并