深海作業(yè)型ROV分布式協(xié)調(diào)及容錯(cuò)控制策略研究.pdf

1、隨著海洋科考、海洋工程及軍事領(lǐng)域海洋開(kāi)發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)于大深度作業(yè)型潛水器的需求日益顯著。自主開(kāi)發(fā)深海潛水器，推進(jìn)海洋裝備和海洋制造業(yè)發(fā)展，既是海洋作業(yè)的需求，也是我國(guó)海洋持續(xù)可發(fā)展開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的現(xiàn)實(shí)要求。復(fù)雜的水下作業(yè)環(huán)境對(duì)潛水器提出了越來(lái)越高的要求，如：靈活的操作方式、豐富的通信接口方式、龐大的數(shù)據(jù)傳輸能力以及系統(tǒng)的可靠性和易維護(hù)性等。
　　本文在“4500米級(jí)深海作業(yè)系統(tǒng)”項(xiàng)目的資助下，對(duì)作業(yè)型無(wú)人遙控潛水器（Remotel

2、y Operated Vehicle：ROV）“海馬號(hào)”的控制系統(tǒng)進(jìn)行了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，從工程中提煉出了深海作業(yè)型ROV分布式協(xié)調(diào)及容錯(cuò)控制策略研究這一基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題并進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究，主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)概述如下：
　　1.通過(guò)調(diào)研國(guó)外ROV的先進(jìn)控制技術(shù)，分析項(xiàng)目實(shí)際需求，完成了本研究對(duì)象的分布式控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。采用RS485總線(xiàn)與水下分布式相結(jié)合的協(xié)調(diào)控制架構(gòu)，取消ROV系統(tǒng)中的水下計(jì)算機(jī)，減少水下干艙體積同時(shí)提高系統(tǒng)可靠

3、性；在總體設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，完成各組成部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并予以具體實(shí)現(xiàn)；水下設(shè)備的隔離供電、交直流電源對(duì)地絕緣檢測(cè)及用電參數(shù)監(jiān)測(cè)、干艙執(zhí)行部件的隔離驅(qū)動(dòng)等研究工作，可實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)和故障隔離，提高維修效率，節(jié)約作業(yè)時(shí)間；設(shè)計(jì)了基于QNX實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下的控制軟件架構(gòu)。
　　2.在ROV水動(dòng)力試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，獲得線(xiàn)性/非線(xiàn)性水動(dòng)力系數(shù)，對(duì)ROV的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方程做了詳細(xì)的推導(dǎo)，建立了無(wú)人遙控潛水器的六自由度非線(xiàn)性數(shù)學(xué)模型，再通過(guò)對(duì)系統(tǒng)合理的簡(jiǎn)化，

4、最終得到了可以用于控制器設(shè)計(jì)的四自由度數(shù)學(xué)模型。
　　3、研究對(duì)比了多種基于PID的控制算法，設(shè)計(jì)了一種基于不完全微分先行PID算法的自適應(yīng)模糊控制器，通過(guò)大量仿真實(shí)驗(yàn)和水池試驗(yàn)驗(yàn)證了手動(dòng)控制模式、自動(dòng)控制模式（定深、定高、定向）算法的穩(wěn)定性和可靠性。
　　4、針對(duì)深海作業(yè)型 ROV推進(jìn)器矢量配置的特性，提出單個(gè)推進(jìn)器故障情況下的ROV推進(jìn)器容錯(cuò)控制策略，并對(duì)水平和垂直方向的推力分配模型進(jìn)行了詳細(xì)分析，通過(guò)數(shù)值仿真證明該容錯(cuò)