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深海作业型ROV分布式协调及容错控制策略研究
| 论文题名： | 深海作业型ROV分布式协调及容错控制策略研究 |
| 关键词： | 无人遥控潜水器;分布式协调;深海作业;推力分配;模糊控制器 |
| 摘要： | 随着海洋科考、海洋工程及军事领域海洋开发规模的不断扩大，对于大深度作业型潜水器的需求日益显著。自主开发深海潜水器，推进海洋装备和海洋制造业发展，既是海洋作业的需求，也是我国海洋持续可发展开发战略的现实要求。复杂的水下作业环境对潜水器提出了越来越高的要求，如：灵活的操作方式、丰富的通信接口方式、庞大的数据传输能力以及系统的可靠性和易维护性等。 本文在“4500米级深海作业系统”项目的资助下，对作业型无人遥控潜水器（Remotely Operated Vehicle：ROV）“海马号”的控制系统进行了关键技术攻关，从工程中提炼出了深海作业型ROV分布式协调及容错控制策略研究这一基础科学问题并进行了理论和试验研究，主要研究内容及创新点概述如下： 1.通过调研国外ROV的先进控制技术，分析项目实际需求，完成了本研究对象的分布式控制系统总体设计。采用RS485总线与水下分布式相结合的协调控制架构，取消ROV系统中的水下计算机，减少水下干舱体积同时提高系统可靠性；在总体设计基础上，完成各组成部分的结构设计并予以具体实现；水下设备的隔离供电、交直流电源对地绝缘检测及用电参数监测、干舱执行部件的隔离驱动等研究工作，可实现故障检测和故障隔离，提高维修效率，节约作业时间；设计了基于QNX实时操作系统下的控制软件架构。 2.在ROV水动力试验的基础上，获得线性/非线性水动力系数，对ROV的运动学和动力学方程做了详细的推导，建立了无人遥控潜水器的六自由度非线性数学模型，再通过对系统合理的简化，最终得到了可以用于控制器设计的四自由度数学模型。 3、研究对比了多种基于PID的控制算法，设计了一种基于不完全微分先行PID算法的自适应模糊控制器，通过大量仿真实验和水池试验验证了手动控制模式、自动控制模式（定深、定高、定向）算法的稳定性和可靠性。 4、针对深海作业型 ROV推进器矢量配置的特性，提出单个推进器故障情况下的ROV推进器容错控制策略，并对水平和垂直方向的推力分配模型进行了详细分析，通过数值仿真证明该容错控制算法的有效性。 5.完成了系统集成及大量岸上试验、水池、海上试验及应用，并通过海试及应用证明本研究提出的ROV分布式协调控制系统架构和控制策略是可行的，在作业中是稳定可靠的。该控制系统可扩展应用于不同作业水深、不同任务和目的的ROV研制。 |
| 作者： | 刘纯虎 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 连琏 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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