高速无舵翼水下机器人运动控制研究.pdf

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1、SHIPENGINEERING船舶工程Vol.28No.42006总第28卷，2006年第4期高速无舵翼水下机器人运动控制研究甘永，万磊，庞永杰（哈尔滨工程大学船舶工程学院，哈尔滨150001）摘要：通过改进传统水下机器人体系结构中的执行层、控制层和感知层，提出了无舵翼水下机器人的运动控制系统，使得水下机器人的运动控制系统在保持原有精确定位的功能外，也能完成远距离高速航行等任务.具体的改变包括执行层中的推进器布置方式以及推力分配方案、控制层中的控制方法以及在感知层中加入局部目标规划器，这些改变解决了高速航行给无舵翼水下机器人带

2、来的一系列问题.海上进行的对比试验和远距离长航试验，验证了无舵翼水下机器人在所提出的运动控制系统控制下是可以满足任务要求的.关键词：水下机器人；无舵翼水下机器人；高速；运动控制；执行层；控制层；感知层中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1000-6982(2006)04-0022-05Researchonmotioncontrolofhigh-speedunderwatervehicleswithoutrudderandwingGANYong,WANLei,PANGYong-jie(ShipEngineeringCo

3、llege,HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,China)Abstract:Amotioncontrolsystemforhigh-speedunderwatervehicleswithoutrudderandwingispresentedinthepaperbymodifyingtheexecutive,controlandperceptionlayerofthesystemarchitectureoftraditionalunderwatervehicles.Thenewsy

4、stemcanfinishtaskssuchaslongdistanceandhighspeedvoyagewhilethedynamicpositioningfunctionisreserved.Byadjustingthedeploymentandthrustallocationofthrustersintheexecutivelayer,thecontrolmethodinthecontrollayerandaddinglocalplannerintheperceptionlayer,thecontrolsystemca

5、nsolveproblemscausedbyhighspeed.Alotofexperimentsincludingcomparisontestsandlongdistancetestsareconductedinsea.Theexperimentsshowthathigh-speedunderwatervehicleswithoutrudderandwingthepresentedcontrolsystemcontrolledcanmeettherequirementsoftasks.Keywords:underwaterv

6、ehicles;underwatervehicleswithoutrudderandwing;high-speed;motioncontrol;executivelayer;controllayer;perceptionlayer0引言改进传统无舵翼水下机器人体系结构中的执行层、控[2]水下机器人已经成为完成各种水下任务的重要工制层和感知层，提出了无舵翼水下机器人的运动控[1]具.低速航行的水下机器人各个自由度的耦合效应制系统，使得水下机器人的运动控制系统不仅具有精并不明显，控制系统设计时一般忽略各个自由度之间确定位的性能，同

7、时也能完成远距离高速航行等任务.的相互影响.国内外设计的1m/s航速的水下机器人都海上试验验证了所提出的运动控制系统可以满足无舵属于低速航行水下机器人.远距离航行的水下机器人翼水下机器人的任务要求.的航速至少为2m/s，由于耦合效应的存在，高速运动水下机器人的纵向运动对于其他各自由度以及推进系1无舵翼水下机器人运动模型统都产生了较大的影响.本文以哈尔滨工程大学研制考虑到水下机器人一般存在三个平面的对称，水[3]的“智水-IV”型自主式水下机器人为研究对象，通过下机器人的运动模型可以简化为：收稿日期：2005-07-25；修回日

8、期：2005-10-29作者简介：甘永（1982-），男，博士研究生，研究方向：水下机器人运动控制.—22—Mν"+++CDG()ννν()ν=T（1）导管推进器来控制运动姿态，在低速情况下仍采用槽νν式中，ν＝[uvwpqr]为六个自由度上的运动速度道推进器来实现精确定位.