开架式水下机器人系统辨识与控制技术研究（可复制）.pdf

摘要随着人类对海洋开发和利用的不断增加,自主式无人无缆水下机器人魑R恢帜芄煌瓿伤伦饕等挝竦闹匾9ぞ撸云涞难芯渴艿焦外研究机构的广泛重视。作为在复杂海洋环境下工作的载体,自主性与安全性是水下机器人的基本要求,智能控制是实现其自主控制和完成任务的重要基础与核心内容。正确认识水下机器人的本质特征,提高水下机器人的智能化水平具有重要的理论和现实意义。本文以哈尔滨工程大学水下运载器智能控制技术实验室自主研制的“海狸”开架式水下机器人为研究对象,建立了水下机器入的动力学模型,对该模型参数进行了辨识,同时还对水下机器人的运动控制技术进行了研究。在分析了水下机器人的运动学与动力学的基础上,建立了水下机器人的杂啥榷ρP停闭攵钥<苁剿禄魅说奶氐憬辛四P图化。建立了推进器的动力学模型,利用推进器的水槽实验,对推进器模型参数进行了辨识。研究了如何利用最小二乘辨识技术进行“海狸”水下机器人模型参数的离线辨识,并且针对水下机器人在水下作业时其动态特性可能发生改变的情况,提出了一种基于稳态自适应技术的在线参数辨识方法,通过一系列的水池实验验证了该在线辨识方法对开架式水下机器人动力学模型辨识的有效性。在建立了“海狸”水下机器人的动力学模型以及仿真系统的基础上,设计了一种基于模型的自适应控制器,它是一种轨迹跟踪控制方法,本文以“海狸”水下机器人为平台进行了纵向与艏向的水池控制实验,实验结果表明,利用该控制器对开架式水下机器人进行控制,能够取得了较好的关键词:开架式水下机器人;动力学模型;辨识;最小二乘法;稳态自适控制效果。应技术哈尔滨工程大学硕士学位论文
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第滦髀引言系统辨识的研究内容及应用丰富的海底资源以及人类自古以来对大海一直抱着的梦想与憧憬,造就了今天的海洋科技成果。随着科学技术的进步,面对陆地资源的日益枯竭,,自治水下机器人【孔魑R恢挚7⒑洋特别深海资源的工具具有无可替代的作用。在海底目标物搜索与识别、矿产勘探、电缆维修、军事侦察等领域扮演重要的角色【,水下机器入作为一种高技术手段,在海底这块人类未来极具价值的发展空间中起着至关重要的作用。水下机器人技术已经成为当今研究的热门及前沿领域,近年来由于先进材料、高效能源、计算机技术和信息技术的快速发展,水下机器人技术作为各种技术的一个结合体也得到了快速发展。长期以来,国外众多研究机构对水下机器人进行了深入研究,我国从上世纪年代开始这个领域的研制工作,虽然起步较晚,但是发展很迅速。系统辨识早在年就己经由最小二乘法的奠基人高斯基本确立,它的理论正在日趋成熟。系统辨识已经完善成为一门介于现代控制理论的平滑、滤波、预测和参数估计理论,以及系统论的系统分析方法和建模思想应用于自然科学、社会科学和工程实践中的各个领域,与各个领域的专业知识相结合而形成的新的交叉学科,成为这些领域开展研究工作的有力工具,其实际应用已遍及许多领域。目前不仅工程控制对象需要建立数学模型,而且在其他领域,如生物学、生态学、医学、天文学以及社会经济学等领域也常常需要建立数学模型,并根据数学模型确定最优控制决策薄哈尔滨程大学硕士学位论文
所谓模型就是把关于实际系统的本质的部分信息简缩成有用的描述形式。它可以用来描述系统的运动规律,是系统的一种客观写照,是分析系统和预报、控制系统行为特性的有力工具。实际系统中到底哪些部分是本质的,哪些部分是非本质的,这就取决于所研究的问题。建模所需要遵循的基本原5哪康囊C魅罚蛭2煌慕D康目赡懿捎貌煌慕7P偷奈锢砀拍钜C魅贰低尘哂锌杀媸缎裕茨P徒峁购侠恚淙胄藕懦中だ萘辖谑≡恚幢槐媸赌P筒问母鍪×可佟“数据,准则和模型类”是辨识的三个要素。系统辨识包括确定系统数学模型结构和估计数学模型参数。系统辨识的分类方法很多,根据描述系统模型的不同可以分为线性系统和非线性系统辨识、集中参数系统和分布参数系统辨识;根据系统的结构可分为开环系统与闭环系统辨识;根据参数估计方法可分为离线辨识和在线辨识;根据辨识对象可分为系统结构辨识和系统参数辨识,其中离线辨识与在线辨识是系统辨识中常用的基本概念。系统辨识的研究内容包括:模型结构的确定、实验设计、参数估计、模型验证等。辨识内容及步骤如图所示。图系统辨识的一般步骤则有:法。充足。哈尔滨一撼檀笱妒垦宦畚,
,在系统辨识过程中可以根据建模的目的对模型进行简化技术实质上是对复杂的、精度较高的模型同简单的、精度较低的模型之间既沸裕茨P陀朐P吞匦杂Ω帽3忠恢隆榷ㄐ裕匆G蟮痹P臀榷ㄊ保P鸵灿κ俏榷ǖ模揖哂