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水下六自由度运动平台控制系统研究
| 论文题名： | 水下六自由度运动平台控制系统研究 |
| 关键词： | AUV水下六自由度运动模拟器;联合仿真;变参数控制;模糊自适应PID |
| 摘要： | 运动模拟器是在实验室条件下模拟运动状态的仿真设备，在降低实验成本、缩短人员训练周期等方面发挥着重要作用。本文的研究对象是一款紧凑型、远程控制的AUV（自主水下航行器，AutonomousUnderwaterVehicle）水下六自由度运动模拟器，针对水下工作特点及控制性能要求开展控制系统设计与实验。论文的主要研究内容如下： 1）根据运动模拟器主要参数进行数学建模。分别推导了平台运动学模型以及液压系统的传递函数模型，并在MATLAB/Simulink与AMESim环境中完成了对应仿真模块的建模及验证。 2）根据控制性能要求进行控制算法研究。针对阀控差动缸非对称性的特点及电液比例换向阀阀芯存在的死区/零偏特性，分别提出基于偏差判别的前后向变参数控制方法以及基于离线参数检测的死区/零偏补偿方法。在此基础上结合模糊自适应PID控制策略提出一种前后向变参数自适应补偿算法，在MATLAB/Simulink与AMESim联合仿真环境下进行仿真验证，表明其相对于常规PID控制具有更好的精度与跟踪性能。 3）进行了控制系统主要硬件的选型工作并研发了控制软件。针对水下工作所带来的远距离线路连接、水下密封、空间紧凑、供电安全等问题，根据控制系统可靠性与安全性要求，以倍福CX5130嵌入式PC为核心完成了远距离控制系统的主要硬件选型及硬件系统搭建。在此基础上开发了人机交互界面及下位机控制程序，能够满足实际控制功能需求。 4）在水下模拟场地和实际工作场地开展了运动模拟器控制系统的实验研究。在水下模拟场地，通过离线参数检测获得了各通道电液比例换向阀的实际死区/零偏参数，在此基础上进行控制器参数调试。最后，在实际工作场地中完成了整机控制实验。通过对比不同控制器的实际控制效果，表明使用本文设计的前后向变参数自适应补偿控制器在水下工作中能够具有更好的各通道运动同步性及跟踪性能，能够满足实际应用的跟踪精度要求。 |
| 作者： | 宋师伟 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 李维嘉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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