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水下机器人路径跟踪的非线性控制虚拟仿真研究
| 论文题名： | 水下机器人路径跟踪的非线性控制虚拟仿真研究 |
| 关键词： | 水下机器人;路径跟踪;非线性控制;虚拟仿真;实验平台 |
| 摘要： | 随着计算机技术不断深入，虚拟仿真技术也得到了长足的发展，并以其操作安全、使用便捷、交互性好、真实感强等优点受到科研工作者的认可，为现代的科学研究提供了崭新的实验平台。 水下机器人路径跟踪问题的仿真研究近年来成为该领域的研究热点。就验证控制器效果而言，传统的水下机器人实航实验固然是最真实、最有说服力的，但是这样的实验成本高、周期长，消耗大量的人力、物力、财力，而且实航时外界环境存在各种不确定因素，很容易造成设备的损坏。在这种形势下，通过虚拟仿真研究水下机器人路径跟踪控制的方法应运而成。 本文主要探讨一种水下机器人路径跟踪非线性控制方法的可视化仿真研究，仿真以PC机为硬件基础，以Visual C++6.0为软件平台，利用MultiGen-Creator、Vega以及OpenGL图形库进行三维建模和虚拟场景管理，通过混合编程将MATLAB作为VC++程序的计算后台，分别对AUV垂直面和三维空间路径跟踪控制进行了仿真，构建了水下机器人路径跟踪控制的虚拟仿真系统。本文的具体工作如下： 首先，介绍了虚拟仿真系统的开发思路以及编程中各种软件与VC++6.0的按口技术，利用Vega的API函数和OpenGL图形库在MFC框架下完成了系统的界面开发，基于COM接口进行了VC++与MATLAB的混合编程，实现通过MATLAB在程序运行中对模型和算法的同步计算。 其次，在MultiGen-Creator中建立了虚拟仿真用到的水下机器人三维模型和海底地形模型，在Vega中配置了虚拟仿真中的各种环境要素。 再次，建立AUV垂直面运动模型，在虚拟仿真系统中使用基于垂直面二维Serret-Frenet坐标系设计的欠驱动AUV路径跟踪Backstepping控制器，对AUV跟踪垂直面期望路径进行仿真，并分析虚拟场景中AUV的运动，验证了控制器的有效性。 最后，建立AUV三维水下运动模型，在虚拟仿真系统中使用基于三维Serret-Frenet坐标系设计的欠驱动AUV三维螺旋路径跟踪Backstepping控制器，验证了AUV跟踪三维螺旋线期望路径的控制效果。 |
| 作者： | 张健 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 张利军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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