小型水下机器人位姿检测及控制系统研究

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1、学校代码：10264研究生学号：M150602719上海海洋大学硕士学位论文小型水下机器人题目：位姿检测及控制系统研究ResearchOnThePositionAndAttitude英文题目：DetectionAndControlSystemOfAMiniUnderwaterVehicle机械工程专业：研究方向：水下机器人姓名：董亚龙指导教师：王永鼎二O一八年五月二十四日上海海洋大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经明确注

2、明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海海洋大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位

3、论文属于不保密□学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日上海海洋大学硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名工作单位职称备注施伟峰上海海事大学教授主席付东翔上海理工大学副教授委员上海启腾电气周永捷高级工程师委员股份有限公司委员委员委员委员秘书答辩地点工程学院308室答辩日期2018.5.24上海海洋大学硕士学位论文小型水下机器人位姿检测及控制系统研究摘要随着社会发展，科技进步，水下机器人的应用越来越广泛，大到无垠海洋，小到排水管道，都能够看到水下机器人的身影。近年来，在浅水区域的探索研究中，小型水下机器人因其体积小、质

4、量轻、研发成本低，携带方便，在水中机动灵活，常被用于河堤大坝水况监测、河道桥墩水下信息收集，近海码头港口检修以及船舶外体水下检测等，节省了大量的人力物力财力。市场对于小型水下机器人的需求也不断增加，前景广阔，它的研究也越来越受到广大科研人员的重视。小型水下机器人在水下工作时，因其体积和质量因素，更容易受浪流的影响，提高它运动时的准确性和稳定性就显得尤为重要。本文通过探讨水下机器人国内外研究进展和动态，介绍了水下机器人位姿检测技术，对比总结了几种常见运动控制方法的优缺点，提出了一种融合了模糊控制和PID控制优势的能够更稳定和有效地

5、实现小型水下机器人运动控制的模糊自适应PID控制算法。本文以一种框架式六自由度小型水下机器人为研究对象，其主要是用于浅水水域信息收集，桥墩码头水下探测、船舶外体水下检修等，对称分布有六个螺旋桨推进器，可以实现六自由度的空间运动。根据小型水下机器人的结构特征和运动情况，确定其坐标系，根据其水下运动规律及查阅资料，推导出小型水下机器人六自由度的运动学方程；通过对其在水下运动时的受力分析，最终建立了水下机器人的动力学方程，即小型水下机器人的空间运动模型，并在特定条件下，推导出了小型水下机器人作定深运动和艏向运动的运动控制模型，为研究其

6、运动控制奠定基础。水下机器人的位姿检测又是实现其控制运动的基础。对此，介绍了水下机器人位姿检测的内容及其手段，阐述了水下机器人位姿检测的硬件系统；将粒子群优化定位算法运用到水下机器人定位系统中，通过推算定位声纳实测信号间隙水下机器人的位置，提高了其定位速度。本文详细介绍并研究了模糊控制技术和PID控制技术，并给出了模糊控制器和PID控制器的设计步骤，在此基础上设计了一种融合了模糊控制和PID控制的模糊自适应PID控制器。推导出了定深运动控制系统和艏向运动控制系统的传递I上海海洋大学硕士学位论文函数，并在计算机仿真软件MATLAB

7、中，使用Simulink模块分别搭建了三个控制器的定深运动控制系统的仿真模型，并进行计算机仿真。仿真试验验证了所设计的模糊自适应PID控制的可行性和有效性，并与单独使用模糊控制器和PID控制器的仿真结果对比，表明模糊自适应PID控制器具备较好的响应速度、稳定性和动态性能，进一步验证了模糊自适应PID控制的可行性和有效性。关键词：小型水下机器人，位姿检测，模糊控制，PID控制，模糊自适应PID控制II上海海洋大学硕士学位论文ResearchOnThePositionAndAttitudeDetectionAndControlSys

8、temOfAMiniUnderwaterVehicleABSTRACTWiththedevelopmentofsocietyandscienceandtechnology,Theapplicationofunderwatervehicleshasbecomemo