自治型水下环保机器人运动控制系统的仿真研究

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1、摘要中国幅员辽阔，湖泊众多。淡水湖内蕴藏了丰富的生物资源和淡水资源。但是，现在许多湖泊都遭受了不同程度污染，损害了人类的健康。为了采取适当的方法对其进行开发和保护，我们必须对这些湖泊进行水质勘察。这促使人们开发无人水下环保机器人对水域进行勘察和监测。本文首先对自治型水下环保机器人的结构方案作了简要的介绍，然后重点讨论了水下环保机器人的运动控制系统以及利用动态规划方法进行实时的路径规划，最后对总的运动控制系统进行了计算机仿真。后面三个部分是研究重点。这里，自治型水下环保机器人具有三个自由度，分别称为推进、升沉和转首。水下机器人本身的非线性以及其操作环境的非线性使得水下机器人的控制问题对控制

2、工程师来说一直是一件富有挑战性的工作。我们采用PID控制和模糊决策来共同实现其运动轨迹控制。这里，水下机器人具有三个推进器，两个水平推进器用来完成推进和转首动作，一个垂直推进器用来完成升沉动作。此外，因为具有了路径规划能力，水下机器人能够自治式绕过障碍物。我们成功地对水下环保机器人的运动控制系统进行了仿真。仿真结果证明了我们提出的运动控制系统具有良好的性能。关键词：自治型水下环保机器人，PID，模糊决策，动态规划，仿真AbstractChinaisacountrywithavastterrito#yandextensivelakeland．Thesefreshwaterlakescont

3、ainvastbiologicalandfreshwaterresources．But，manyofthemarepollutedtovatiousdegreesnow，anddogreatharmtohuman’Sheaith．SothewaterqualityofthemmustbeinvestigatedandunderstoodSOthattheycanbewiselydevelopedandproperlyprotected．Thisfactpromotesthedevelopmentofunmannedunderwatervehiclesforinspectionandmon

4、itoringofthefreshwaterlakeenvironment．，Inthispaper，wegiveabriefintroductiontothestructureofanautonomousunderwatervehicle(AUV)forenvironmentalprotectionfirstly，secondlywediSCUSSthecontrolsystemoftheAUV，thirdlydiscussesthewayofreal—timepathplanningforAUVbydynamicprogramming，finallywesimulatetheprop

5、osedcontrolsystemandthepathplanningmethodbymeansofcomputerandgivethesimulationresultsofit．Thelastthreepartsarethemainworkoftheresearch．ThiSAUVforenvironmentalprotectionhasthreedegreesoffreedom，calledsurge，heaveandyaw．ThecontrolofAUVhasbeenachallengetocontrolengineerduetocombinednon—linearnatureof

6、boththevehicleitselfandtheenvironmentinwhichtheyoperate．WeusePIncontrolandfuzzydecisiontofulfillthemotiontrajectorycontr01．ThisAUVaredesignedtohavethreethrusters，twohorizontalthrustersareusedtosurgeandyaw，oneverticalthrusteriSusedtoheave．Withthehelpofpathplanning，theAUVcanavoidtheobstacleautonomo

7、usly．ThecontrolsystemoftheAUVforenvironmentalprotectionhasbeensuccessfullysimulated．Thesimulationresultsdemonstratethegoodperformanceoftheproposedcontrolsystem．Keywords：autonomousunderwatervehicleforenvironmentalprotec