水下机器人建模与鲁棒控制研究

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1、货义々鑽）寸料ＯＣＥＡＮＵＷＶＥＲＳＩＴＹＯＦＣＨＩＮＡ？？？％博ｉ学位论文ＤＯＣＴＯＲＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ论女扭目：水下机巧人建模与鲁祷控制研究ＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＲｏｂｕｓｔＣｏｎｔｒｏｌＡｒｏａｃｈｆｏｒｐｐＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＶｅｈｉｃｌｅｓ英文烦，ｇ作者：扬巧—华军巧导教师：！蓉巧李学术学位：学位类别港口、海岸及近海工程专业名称：研究方向：—？防取－曰谨ｗ此论文献给启蒙我独立之人格与自由之巧神的前辈们

2、杨々水下机器人建模与鲁棒控制硏究学位论文答辩日期：巧指导教师签字答辩委员会成员签字：条本．嫌Ｉ常！如独创巧明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研巧成果。据我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研巧成果，也不包含未获得（注＝如没有其他需要特别一声明的，本栏可空）或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字

3、日期日：年５月３学位论文版权使用授权书本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，并同意Ｗ下事项：１、学校有权保留并向国家有关部ｎ或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被査阅和借阅。２、学校可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可心式采用影印＂、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学中＂国学术期刊（光盘版电子杂志社用于出版和编入ＣＮＫＩ《中国知识资源总库》，）授权中国科学技术信息研巧所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》。（保密的

4、学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签■签宇日期；？〇展年５月式＾日签字日期年５月日水下机器人建模与鲁棒控制研究摘要水下机器人，（水下航行器）是海洋资源可持续开发利用的重要技术手段针对该领域的研究层出不穷。尤其是近年来无人自主水下机器人（ＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＶｅｈｉｃｌｅ，ＡＵＶ）快速的发展，ＡＵＶ正逐渐成为科学研究和军事工业等一领域采集观测海洋环境特征数据的主要运载平台之。然而，围绕着提离水下机器人观测质量和导航定位能力的运动控制问题却是复

5、杂的。诸如建立水动力模型、、提商控制器的鲁棒性等核屯关键问题都需要同时被提出，并予Ｗ综合解决。对水下机器人来讲，精准的水动力模型和先进的控制方法是提高运动性能的两个关键因素。精准的水动力模型可显著降低模型参数的不确定性，进而提高控制系统的性能指标。然而，建立精准的水动力模型的代价和成本通常是很高的。尤其是，，当水下机器人的外形相对复杂时获取准确的动力和水动力参数就显得更加困难，经。水下机器人的水动力特性是有别于陆地机器人和飞行器的。首先本研究验证推得，水下机器人的动力与水动力模型是非线性的。其

6、中，二次阻尼作用使得传统控制器的性能显著下降。其次，水下机器人在实际应用中的动力和，。欠描述的动力特征水动力特性是不确定的往往与模型的标称值有较大出入，部件老化或损坏等原因所引起的模型参数变化．Ｗ及外部环境风、浪、流作用所引起的扰动等，使得实际被控对象必然的存在诸多不确定性因素。最后，传感器自身噪声与外部噪声的摄入、信号传输信道的时间延滞和不可直接测量的重要系。统化态，也严重的干扰了闭环运动控制系统的稳定性和控制响应能力在本研巧所涉及的数次水下机器人竞赛中，ＰＩＤＰｒｏｒｔｉｏｎａｌＩｎｔｅ

7、ｒａｌＤｅｒｉｖａｔｉｖｅ控制器在（ｐｏｇ）微型小质量ＡＵＶ的运动控制上，效果表现并不理想。综上所述，本研究则更多的关注数值建模与鲁棒控制方法相结合的思巧。一一本文提出了种基于水动力模型的鲁棒巧制方法，并且不失般性地将该方法应用在法国ＣＮＲＳ６２８５ＢｒｅｔａｎｅＩＳＣＲＥＡ型水下机（ＥＮＳＴＡｇ）实验室所运行的Ｃ器人的航向控制器上。关于水动力模型的建立，本文主张使用ＷＡＭＩＴ、ＭＣＣ、ＡＮＳＹＳＣＦＸ和ＳＴＡＲＣＣＭ＋等水动力计算软件获取水下机器人的ＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏ

8、ｎａｌＦ山ｉｄＤｙｎａｍｉｃ）模型。数值模型的估算过程中，本文重点推算了ｉ。研两个关键的水动力参数，附加质量ＡｄｄｅｄＭａｓｓ和阻尼（Ｄａｍｎ巧中建立了（）ｐｇ）ＣＩＳＣＲＥＡ水下机器人的四自由度模型。针对ＣＩＳＣＲＥＡ水下机器人的ＣＦＤ计算，结果，本研巧还进行了试验水池内的拖曳实验对比。而关于运动