水下机器人运动控制与路径规划研究

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1、水下机器人运动控制与路径规划研究(申请扬州大学工学硕士学位论文)培养单位：扬州大学专业名称：电机与电器研究方向：特种机器人理论与技术研究生：陆柳延指导老师：王妹婷博士2013．4InvestigationofMotionControlandPathPlanningofUnderwaterRobotThesisSubmittedtoYangZhouUniversityApplyingformeDegreeofMasterofEngineeringByLuLiuYanDissertationSuperviso

2、r：DoctorWangMeiTingYangZhouUniversity,YangZhou，ER．China，April，2013本论文承蒙江苏省高校自然科学研究面上项目(12KJB510032)和江苏省重点实验室开放基金项目(K090022)的大力资助。在此表示感谢!口罩I=1冰中文摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．IAbstract．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Il第一章绪论⋯⋯

3、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11．1研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．2水下机器人研究现状与发展趋势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11．2．1水下机器人研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．2．2水下机器人发展趋势分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21．3水下机器人控制技术分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31．3．1运动控制系统的基本回路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．31．3．2运动控制系统的控制算法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．41．3．3水下机器人局部路径规划

4、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．51．4本文研究的对象及内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯61．4．1研究对象⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．61．4．2主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6第二章水下机器人运动控制模型研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．82．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．82．2水下机器人空间坐标系及运动参数定义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．82．2．1坐标系建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．82．2．2水下机器人运动参数定义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

5、⋯．．82．2．3惯性坐标系和运动坐标系转换⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯102．3空间运动方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．112．4水下机器人运动受力分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯122．4．1螺旋桨推力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．122．4．2控制面作用力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．132．4．3流体水动力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．132．5水下机器人运动控制模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯182．5．1水平面运动方程简化式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯192．5．2

6、水平面运动控制模型及其开环仿真⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯202．5．3纵垂面运动方程简化式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯222．5．4纵垂面运动控制模型及其开环仿真⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．222．6本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．23第三章基于PID的水下机器人运动控制仿真⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯253．1引言⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．253．2增量式PID控制算法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯253．3PID控制器在水下机器人上的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．26

7、3．3．1深度闭环控制系统及其仿真⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．273．3．2艏向角闭环控制系统及其仿真⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯293．3．3纵倾角闭环控制系统及其仿真⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯313．4模糊自适应PID控制算法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯333．4．1模糊控制的基本原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．333．4．2模糊自适应PID控制原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．353．5模糊自适应PID控制器在水下机器人上的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯363．5．1模糊控制器的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

8、⋯⋯．363．5．2基于模糊自适应PID的定深控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．373．6本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯38第四章基于模糊算法的水下机器人局部路径规划⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．404．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．404．2局部避碰策略研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．404．3基于模糊算法的实时避障工作原理⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．414．3．1距离d的求取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯