探析履带采矿车海底斜坡地形转向控制算法研究

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1、中南大学硕士学位论文履带采矿车海底斜坡地形转向控制算法研究姓名：张海宁申请学位级别：硕士专业：交通信息工程及控制指导教师：王随平20100520摘要深海底采矿车工作于6000米深的海底环境中，海底极稀软底质和各种扰动的存在对采矿车的行走控制起着很大的影响。设计合理的控制算法对于提高采矿车的行走性能起着关键作用，特别是当采矿车行驶于海底坡度地形时，对采矿车转向策略、转向行走控制参数的优化则更为重要。因此，针对采矿车转向控制技术的研究对于提高海底采矿车的控制精度、采矿效率以及安全作业有着重要意义。采矿车在海底斜坡上行走作业

2、时的转向控制受诸多参数制约，我国矿区的海底海泥力学性质、采矿车海底斜坡坡度、采矿车转向方式与坡度相对关系、转向速度和角度、斜坡走向、采矿车打滑率、采矿车电液驱动装置、海底沉积物特性以及未知扰动等因素对采矿车转向过程和转向驱动方式均产生多参数耦合的作用。通过分析转向过程中采矿车与海底底质的作用力关系，建立了采矿车在海底斜坡转向的运动学模型，设计了以最优控制器为核心的转向控制系统。转向控制系统考虑了在采矿车斜坡上转向行走的打滑和扰动等因素，提高了转向过程中对轨迹跟踪的控制精度，保证了采矿车的安全行走作业。运用MATLAB／

3、Simulink平台，给定不同转向方式的预定轨迹和斜坡坡度，对转向控制器进行了仿真研究。考虑到海底强烈的扰动和履带打滑因素，在仿真中加入了随机干扰，仿真结果验证了所设计的转向控制算法的有效性。关键词：深海采矿车；海底斜坡转向；转向模型；最优控制ABSTRACTThedeep’oceanmlnmgvehiclesworkin6000m’Sdeep—seabed．Thecontrolprecisionofthevehicleshavebeeninfluenceddetrimentallybytheproliferation

4、ofsoftseabedsedimentsandvariousdisturbancesinthedeep-seaenvironment．Consequently,asuitablecontrolalgorithmplaysapivotalroleinimprovingthevehicles’performance．Especiallywhenthevehicleminesaroundthedeep-seaslope，theoptimizationofthesteeringstrategiesandparametersi

5、sdominant．Overall，itisimperativethattheresearchonminingvehicle’Ssteeringcontroltechnologyisconductedforthesakeofthecontrolprecisionandminingefficiency．Theminingvehicle’Stumingcontrolprocessisrestrictedbymanyfactorswhileworkingonthedeep—seaslope．Forinstance，theme

6、chanicalpropertiesofdeep—seamud，gradeoftheslope，therelativitybetweentumingdirectionandgradient，turningspeedandangle，thesliprate，theelectro-hydraulicdrivesystemandotherunknowndisturbancesallhaveadefinitelinkwiththeminingvehicle’Sparameterscouplingeffectduringthes

7、teeringcourse．Theforcerelationshipbetweenthetrackedvehicleandtheseabedisfirstanalyzedinthisthesis．Secondly,theminingvehicle’Skinematicmodelisdeducedasdrivingontheslope．Finally,theoptimalsteeringcontrollerisdesignedasakeydeterminantoftheturningcontrolsystem．Since

8、theturningcontrolsystemtakestheskiddinganddisturbancesintoaccount，theminingvehicle’Strackingaccuracyisenhancedandthedrivingsafetyontheslopeisalsoensured．Throughthepre