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深海作业型ROV建模方法的研究
| 论文题名： | 深海作业型ROV建模方法的研究 |
| 关键词： | 无人遥控潜水器;深海作业;误差模型;操纵性参数;滑模控制器 |
| 摘要： | 随着地球的陆上资源的日益紧缺，海洋作为一个新的能源矿场，其开发越来越受到人们的重视。深海作业型ROV作为一种深海作业设备，其在海洋资源的开发利用中起到了举足轻重的作用。 本文首先对深海作业型ROV的运动进行受力分析，对ROV所受的外力分别进行建模，再根据牛顿定律建立了ROV的六自由度运动学和动力学方程。此外，在ROV标称模型的基础上，建立带有模型参数不确定性的误差模型，进一步贴近实际ROV系统。 其次，ROV是一个时变的非线性系统，各自由度之间的耦合现象非常严重，因此对ROV的六自由度运动模型进行解耦合是非常有必要的。本文详细介绍了三种解耦合方法：单自由度解耦、基于平面运动解耦和基于误差模型解耦，分别推导了三种方法解耦合后的ROV运动方程形式，并且比较了各自的优缺点。 再次，进行了ROV稳定性分析和操纵性验证。根据建立好的运动模型，利用Lyapunov方法验证ROV稳定性；利用单自由度的解耦方法，将ROV运动模型进行静止悬浮状态下单自由度解耦，并进行稳定性分析；为了检验ROV机动性能，根据ROV的六自由度运动模型，进行了单自由度水平直航、垂直面潜浮、水平面水平回转和三维空间螺旋运动的数值模拟仿真，根据仿真结果得到ROV的相关操纵性参数。 最后，为ROV的六个自由度设计符合其特点的控制器。根据各个自由度的特点为轴向和侧向两个自由度设计了自适应Backstepping滑模控制器；为垂向和艏向两个自由度设计了带有非线性干扰观测器的自适应Terminal滑模控制器；为横摇和纵倾两个自由度设计了经典的PID控制器。具体阐述了相关控制器的推导过程，并且利用Lyapunov方法证明了稳定性，通过仿真实验对各个自由度的控制效果进行了验证。最后进行了多控制器的联合控制仿真实验，证明了所设计的多种控制器在ROV三维运动控制中的有效性。 |
| 作者： | 周卫祥 |
| 专业： | 导航、制导与控制 |
| 导师： | 曾建辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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