模糊cmac神经网络在auv运动控制中的应用

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文第l章水下机器人运动控制方法综述及一种新的控制策略初探近年来，水下机器人的研究和应用正因其良好的使用前景而得到越来越多的重视。其中，ROV(RemotelyOperatedVehicles)正被应用于水下装置的检查与维护．但它的与母船相连，用于传输动力和信息的缆线限制了它的活动范圈。出于扩大工作范围和增加自主性的需要，出现了AUV(autonomousunderwatervehicles)，它拥有自身携带的能源系统，并具有一定程度的智能，从而最大限度降低执行任务时人的干预。不论

2、是ROV还是AUV，其工作环境都是在浅至几米，深至几千米的水下，两出于安全及降低成本的需要，它们都是不载人的，因而运动控制就成为水下机器人能否完成预定任务的一项关键性技术。水下机器人运动控制指水下机器人在水下环境(由温度，盐度，海流，海浪，潮汐，可见度，海底地貌等因素组成的外部环境)中，依靠自身的推进系统，在某种控制规律作用下，自动地沿某一规定的路线以规定的姿态进行运动，这种控制系统有两个突出特点：1)控制对象高度非线性，且工作于不同工作点(速度，深度等)时模型会产生变化，即是时变和不确定的。2)工作环

3、境高度非线性，流、浪等随时间、位置不同随时在变化，并对水下机器人的运动施加干扰作用。到目前为止，应麓在水下杌器入运动控制上的控戳方法大致有以下几种：1)传统的PID控制(指不与其他方法结合，不通过其他方法实现)；2)H。。控制：这是近年来兴起的一种鲁棒控制方法；3)自适应控制；4)滑模变结构控制：5)模糊控制：6)神经网络控制还有不少上述方法的结合，如：神经元PID控制、神经元滑模变结构控制、模糊神经网络控制等。而上述方法在相应文献中多用于仿真，部分已经或正处于试验阶段，而投入商业应用的就更是少数了。之

4、所以之一领域会有这么多不同的控制方法，一个原因是水下机器人这一研究领域本身很年轻(指有实用价值的水下机器人)，各方面都有待改善；二是当前控制领域正处在现代控制理论向智能控制理论转变的过渡期，大量新理论、薪方法不断涌现：三是虽然有大量的控制方法，但在性能上较其余方法很突出的并不多”j。哈尔滨工程大学硕士学位论文水下机器人运动控制的特点和研究现状是相矛盾的。如何针对所研究的特定水下机器人的各种特性(外形、操纵面布置、作业范围等)，选取适当的控制方法就成为决定最终产品性能好坏的关键。本文第一部分就当前几种有代

5、表性的控制方法展开讨论，并结合实例作出横向比较，以便对它们在这一领域的应用中的优势、地位及前景有一个较清晰的认识。第二部分探讨了～种新的控制策略，它是几种控制方法向结合的产物，指出了其优点、不足和使用时应着重克服的若干问题。1．1现有方法综述1．1．11aID控制Jalving(Norway，1994)剥用PID控制水下机器人NDRE-AUV，并进行了4个小时的海上试验，在PID控制器的设计工作点附近工作时控制是成功的；Lea，(Bribain,1997)用PID对水下机器人SubzeroII进行艏向控

6、制并进行了仿真试验；在一篇更早的文献中，Rodriguez和Dobeck(1989)讨论了美国海军的大型潜器的PID控制，针对三组不同的航速分别设计了三组相应的P／D控制器。典型的PID控制系统见图1．1(为简明起见仅画出x方向的控制环路，其他方向与之相似)。控制器把要求的位置值、艏向角和速度与实际值相比较得到误差值，经PID控制器得到控制指令，推力系统执行控制指令后产生潜器要求的推力及力矩，位置误差由PI控制，速度误差由D控制。图I．1典型的PID控制系统框图图中推进器在有的文献中以相应控制面的舵代替

7、，这取决于特定对象。显然，作为一种传统的控制方法，PID控制最大的优势就是设计简单2哈尔滨工程大学硕士学位论文各参数意义、作用明确：另外相应的参数整定技术也经历多年不断发展趋于成熟。在设计工作点附近，PID控制器的性能是有保证的。但PID控制仍是一种线性控制，而水下机器人运动模型则是一种高度非线性的运动模型。具体来讲，即1)器运动方程中水动力项系数是当前状态(速度、加速度)的非线性函数。2)运动方程中含有状态的乘积项、乘方项等非线性因子如“w，“2等。3)甚至外扰如浪等也不是孤立不变的，而是相应状态(如

8、深度)的函数。总之，水下机器人的运动模型是相当复杂的，在非设计点处工作时，PID控制器的表现很难令人满意(响应缓慢【l】、振荡等)。这是线性系统控制理论应用于非线性系统时的必然结果。值得注意的是，文献【1]对PID控制器对潜器进行速度控制时，在不同航速设定点控制系统响应过程比较中可以发现虽然由于非线性影响，对象响应缓慢，但控制系统鲁棒性较好：在四种不同设定点处有三种能稳定于设定点，仅最后一种因航速太高无法稳定。这说明其非线性条件下控带l性能