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深水自主水下航行器导航与运动控制系统的设计与研究
| 论文题名： | 深水自主水下航行器导航与运动控制系统的设计与研究 |
| 关键词： | 水下自航行器;运动控制系统;导航定位系统;控制逻辑;PID控制参数 |
| 摘要： | 拥有丰富石油能源和矿物资源的海洋,是世界各国利益竞争的新空间,水下自航行器(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)作为一种可以在水下移动,并能搭载勘察、测量传感设备的装备,在海洋开发领域的作用日益显著。 AUV水下自主航行,人为干预指令滞后甚至无法被响应,所以必须依托于逻辑清晰、性能可靠的控制系统。本文基于模块化的分布式控制系统结构,重点研究AUV导航定位控制系统和运动控制系统。 项目课题建立了以PHINS惯导为核心的组合导航定位系统,并开发了GPS、DVL、深度计、USBL超短基线等辅助导航设备与 PHINS系统的硬件通讯链路和数据融合技术。在此基础上,本文提出适合水下自航行器导航定位技术的联邦Kalman滤波算法,并根据实际工况条件选择设计基于无重置结构的联邦滤波器,充分利用各导航传感器的测量数据,大幅提高系统的容错性和可靠性。通过试验验证了PHINS/DVL组合导航的精度以及USBL超短基线的位置修正技术。 为提高AUV航迹跟踪能力,本文开发了一套简单、合理、可靠的航迹规划与解析系统。结合自主研发的矢量推进机构,本文选择了合适的动力驱动电机和俯仰/航向控制舵机,基于安全性和可靠性考虑,开发了适当的主推电机以及舵机的控制方法,并提出基于模糊控制的分段 PID运动控制算法,提高了执行机构对不同工作环境的响应能力。本文还研发了内容完善、性能可靠的应急保护措施,加强了AUV的航行安全性。 通过水域试验,修正控制逻辑和算法,并根据AUV航行状态实时整定动作执行机构的PID控制参数,最终实现了AUV的水平航向控制、定深控制和定高控制。 |
| 作者： | 向晔 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王树新;孙思萍 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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