水下滑翔机器人控制系统设计与控制算法研究

水下滑翔机器人是近年来出现的一种新型的自主式水下机器人，它们独特的驱动方式决定了其大航程，低功耗、低成本、低噪声等特点，这样就使其将会在海洋监测、军事等方面有越来越广泛的应用。这种新型水下机器人在一些技术上与传统的水下机器人存在共同之处。但是，水下滑翔机器人的推进和航行方式与传统的水下机器人是截然不同的，从而造成控制、航行规划和导航等关键技术不同。因此，对水下滑翔机器人的研究工作就显得格外重要。 本文以水下滑翔机器人样机功能实现为目的，对水下滑翔机器人的控制系统软、硬件进行设计并实现。 首先简要介绍了水下滑翔机器人的系统组成，包括外形结构、内部组成与总体配置，结合水下滑翔机器人自身特点，简要介绍了其运动控制方式。 以作者工作为基础，介绍了水下滑翔机器人控制系统软、硬件的设计与实现。采用基于PC104嵌入式计算机的数字控制方案进行水下控制系统的硬件设计与系统配置；在QNX操作系统下用C语言编写控制系统软件，它是以主进程为主线，在主进程中开辟不同子进程，各进程并行处理任务的水下系统软件。按不同功能实现分为不同的功能模块，每个功能模块用不同的子进程实现。 针对水下滑翔机器人的运动控制系统和其运动控制指标，设计了俯仰、横滚和航向三个自由度的闭环控制方案，采用带死区PID的控制方法。为了验证所设计控制系统和控制方案的正确性和有效性，分别进行了野外开环运动控制试验和水池闭环控制试验，并针对实验中发现的问题进行了原因分析。 实际实验结果表明，本文设计的控制系统能够正常工作；所设计控制器的控制效果也能够令人满意，控制系统和控制方法的设计与实现是正确而且有效的。