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机械手作业扰动下UUV动态控位技术研究
| 论文题名： | 机械手作业扰动下UUV动态控位技术研究 |
| 关键词： | 无人水下航行器;机械手;动态控位;作业扰动 |
| 摘要： | 科学技术的发展以及人类对资源的迫切需求使人们逐渐意识到开发利用海洋资源的重要性。随着人类对海洋探索和开发的深入，无人水下航行器（Unmanned Underwater Vehicle，UUV）自主作业系统是一个重要的研究方向，即将机械手等设备装配于UUV，自主完成特定的水下作业任务。UUV顺利完成水下自主作业任务的一个必要条件是具备一定的位姿保持能力，然而机械手执行水下作业任务的过程中必然对UUV本体产生扰动力（矩）而影响其位姿保持，从而影响水下自主作业任务完成的效果。 本文针对机械手作业扰动下UUV的动态控位问题主要开展了以下工作： 首先，建立了机械手作业扰动下的UUV动力学模型。参考UUV运动数学模型，分析了其受到的水动力（矩）和海流干扰力（矩），进而建立了机械手动力学方程，并给出了机械手作业过程中对UUV所产生的扰动力、扰动力矩的计算方法，从而得到机械手作业扰动下的UUV动力学模型； 其次，对UUV进行了控位能力分析。在给出UUV推进器配置方案一般模型以及实现动态控位所需满足的条件基础上，针对UUV受到海流干扰的情况，计算了其依靠自身推进器配置方案在各个流向角下能够抵抗的最大海流速度，并根据机械手典型作业情况分析了其产生扰动力、扰动力矩的范围，通过与UUV推进系统能够提供的最大推进力、推进力矩进行对比验证了机械手作业扰动下UUV动态控位的可实现性，从而证明了UUV推进器配置方案设计的合理性； 然后，设计了在机械手作业、环境因素等扰动作用下对UUV实现动态控位的控制器。结合 UUV动力学模型的多输入多输出、各状态变量相互耦合以及受到不确定扰动作用等特点，设计了基于模糊切换增益的滑模控制器以实现对UUV的动态控位，其中，模糊切换增益的引入是为了在保证滑模控制器的鲁棒性及抗干扰能力的基础上消除抖振现象，提高滑模控制器的实用性； 最后，通过仿真案例对所设计的控制方法进行验证。设计并执行了UUV在海流干扰作用下逼近作业目标和在机械手作业扰动下进行动态控位的仿真案例，对比了基于模糊切换增益的滑模控制器和固定切换增益滑模控制器的控制效果，验证了前者的合理性、有效性和实用性。 |
| 作者： | 张耕实 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 徐健 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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