预编程自治水下机器人控制问题研究

本文简要地介绍了“CR-01” 6000 米自治水下机器人控制系统的构成，同时介绍了其控制系统核心：自动驾驶系统和机载设备控制系统及相应计算机系统的硬件结构。对“CR-01”控制系统软件，主要是自动驾驶系统、机载设备控制系统的软件及自动驾驶系统程序的内核-实时监控程序作了进一步的剖析。此外，还着重介绍了该机器人的使命编程语言和应急系统软件。本文深入研究了“CR-01”的航行控制系统。“CR-01”主要有两种运动控制方式：机器人作业时的控制方式和机器人悬浮时的控制方式。分别介绍了在这两种不同的控制方式下，机器人各控制回路的结构以及力矩平衡方程。本文简要介绍了滑模控制理论，并根据水下机器人的空间运动方程建立了“CR-01”的数学模型，将滑模控制算法应用到“CR-01”水平航向控制回路中。通过METLAB软件中的一些仿真方法，对“CR-01”PID控制算法和滑模控制算法分别进行了仿真研究。在仿真研究的基础上，成功地进行了“CR-01”水平航向控制回路PID控制算法和滑模控制算法的试验，试验是在沈阳自动化所的水下实验室的水池中进行的。其中滑模试验是本文的重点，主要试验包括：基础试验、选取不同滑动面进行试验、滑动面的平滑试验、控制算法的改进试验和控制算法的优化试验。一系列的试验结果证明：滑模控制算法是一种适合水下机器人的控制算法，使用滑模控制算法使”CR-01“控制系统的性能有所提高，同时增强了系统的鲁棒性。