超小型水下機器人沉浮系統(tǒng)設計及其控制研究.pdf

1、根據(jù)當前水下機器人研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及我國國情，開發(fā)適應復雜環(huán)境和惡劣條件下作業(yè)的特種水下機器人，將是我國發(fā)展機器人技術的一個主要方向和內容。隨著水下機器人應用領域的不斷拓寬，已出現(xiàn)了這樣一種需求，即用水下機器人代替人工進行各種水下危險作業(yè)，如對近海石油鉆井平臺水下結構物、防洪大堤、水庫大壩、河道船閘、港口設施、近海石油管道、大陸架海底或湖底通訊電纜等的日常檢修工作。為此，我們設計一種超小型潛水器。論文主要討論活塞式沉浮運動系統(tǒng)結構設

2、計及其建模仿真。 首先，本文就這種超小型潛水器的總體方案進行了可行性論證，分模塊討論了各主要部件的功能及實現(xiàn)方法。針對水下機器人常用傳感定位設備進行了介紹，討論了傳感器的原理、組成。 其次，本文詳細給出了水下機器人的空間運動標準數(shù)學模型、仿真模型。討論了水動力的特性，以及其對潛器水下運動的阻力影響。在此基礎上，考慮實際應用情況，對其作進一步合理簡化，得到了便于分析沉浮運動的設計模型，為控制器的設計奠定了基礎。 接

3、著，本文綜合空氣壓縮式沉浮系統(tǒng)與螺旋槳式沉浮系統(tǒng)的優(yōu)點，并且結合潛水器體積小、能耗低的特征，設計出一種活塞式沉浮系統(tǒng)。它能使?jié)撍魇芰鶆颍茉诔粮r保持良好的穩(wěn)定性。 然后，本文利用前面章節(jié)建模的結果，建立了沉浮系統(tǒng)的控制模型。并針對系統(tǒng)特性，討論了數(shù)字PID控制器及其參數(shù)整定方法。經MATLAB仿真，實驗結果表明，深度控制能夠滿足要求。 最后，本文給出了基于AVRMega16單片機的詳細硬件和軟件設計流程，對主要功能