控制动作下带缆遥控水下机器人的水动力特性.pdfVIP

华 南 理 工 大 学 学 报 (自然科 学版 ) 第40卷 第4期 JournalofSouthChinaUniversityofTechnology Vo1．40 NO．4 2012年4月 (NaturalScienceEdition) April 2012 文章编号 ：1000-565X(2012)04．0150—08 控制动作下带缆遥控水下机器人的水动力特性木 吴家鸣 崔寅 ，。 邓威 伍力 马志权 (1．华南理工大学 土木与交通学院，广东 广州510640；2．广州市番禺灵山造船厂有限公司，广东 广州511473； 3．秦皇岛出入境检验检疫局 ，河北 秦皇岛066004) 摘 要：首先利用模糊神经网络算法构建了基于完整的带缆遥控水下机器人水动力数学 模型的控制器，对水下机器人多自由度上的轨迹和姿态进行控制；然后，针对传统螺旋桨 推进力分析方法中的缺陷，引入神经网络相关理论并结合计算流体方法对推进力和转速 之间的相互关系进行辨识和换算；在此基础上构建了一个完整的、包括模糊神经控制器、 机器人水动力数学模型以及推进力和转速换算模块的带缆遥控水下机器人控制系统；最 后 ，在考虑系统各部分间相互影响的前提下进行了水动力特性的整体分析和计算．数值计 算结果表明，所建立的控制系统可以对带缆遥控水下机器人进行有效的轨迹和姿态控制， 文 中方法可以从整体的角度分析一定控制动作下水下机器人的水动力响应． 关键词：带缆遥控水下机器人；水动力特性；模糊神经网络；轨迹控制；姿态控制；数值计算 中图分类号：TP242．3 doi：10．3969／j．issn．1000．565X．2012．04．024 带缆遥控水下机器人是一种 日益广泛应用于浅 系统的分析和研究，目前还缺乏深入的探讨．在水下 海海洋环境动态监i贝0的水下探测装置，它在水下观 机器人的控制方面，目前的研究也仅局限在简单的 测、海洋研究与海洋环境调查中有着特殊的用途．带 水动力数学模型的基础上，以施加于水下机器人上 缆遥控水下机器人通常由脐带缆、水下机器人和机 的总力为控制 目标，对于多 自由度轨迹和姿态同步 器人轨迹与姿态控制机构组成．水下机器人所配置 控制的相关研究也较少． 的监测传感器的工作性质要求机器人工作时姿态稳 基于这一背景，文中在笔者课题组所建立的完 定，并具有快速灵活的轨迹和姿态调节与控制能力． 整带缆遥控水下机器人水动力数学模型的基础 研究者为开发符合这种要求的带缆遥控水下机器人 上 J，引入 由模糊神经算法构建的控制器，组成带 做了大量的工作；建立准确的带缆遥控水下机器人 缆遥控水下机器人的控制系统，以神经网络相关理 控制模型，以此预报机器人在一定控制动作下的水 论结合计算流体方法对推进力和转速之间的相互关 动力特性是开发性能良好的带缆遥控水下机器人的 系进行辨识和换算，对带缆遥控水下机器人多 自由 必要前提． 度上的轨迹和姿态控制进行数值模拟计算． 近年来，国内外的研究人员进行了不少关于带 缆遥控水下机器人水动力特性方面的探讨．但是，对 1 水动力数学模型及其主要数值方法 带缆遥控水下机器人水动力数值模型方面的研究主 要集中在对机器人的单一部分，例如脐带缆、水下机 1．1 水动力数学模型的整体思路及机器人