基于Labview的PID算法在小型水下机器人中的应用

主要讨论基于图形化编程语言(Labview)的PID控制算法在小型水下机器人中的应用.利用PID算法对小型水下机器人的航向角和深度进行控制,从而提高其稳定性.实验表明,通过PID算法对机器人运动的控制,能实现水下机器人对目标进行锁定观测.通过本文的控制方案,不但简化了控制系统,同时也大大改善了小型水下机器人的工作性能,从而使其能适应较复杂的工作环境.     

“海筝Ⅱ型”遥控自治水下机器人的运动控制研究

论文以＂海筝Ⅱ型＂遥控自治水下机器人为研究对象,简要介绍了该型水下机器人的总体性能和运动模型,着重对其运动控制展开研究。利用模糊PID算法来实现该型水下机器人的运动控制。并通过仿真和一系列的试验来验证其控制性能。     

模糊PID策略在AUV控制中的应用

由于自治水下机器人(AUV)动力学的非线性、模型参数以及海洋环境扰动的不确定性,基于常规PID控制的AUV性能通常不够理想。本文应用模糊控制对PID控制器的参数进行在线调整,从而使PID控制器具有自适应性以适应AUV工况的变化,并应用此策略为小型AUVSubzeroIII设计了自主航行控制系统,仿真结果验证了本策略的有效性。     

基于神经网络的水下机器人运动预测控制方法

将神经网络和模糊理论应用于水下机器人运动规划和控制中，提出了能实现模拟控制规则的基于强化学习的自学习和自调整的规划算法，设计了水下机器人实时运动规划器结构以及规划器操作过程，提出了基于预测模糊控制进行水下机器人运动控制的方法。在计算机仿真状态下，实现了对水下机器人这一复杂非线性系统的预测控制，仿真实验结果验证了本文所提的方法的有效性。     

RBF网络Q-学习在水下机器人首向角锁定中的应用

水下机器人工作环境的多变性和复杂性,对其控制系统提出了鲁棒性、自适应性等更高要求。本文研究水下机器人的运动特点,在RBF神经网络的基础上阐述Q-学习在水下机器人首向角锁定中的应用,最后将其与RBF网络控制进行仿真对比,实验结果表明本文算法控制稳定、精度高。     

浅析国产小型水下机器人在水下救助打捞中的应用

为提高国产小型水下机器人在水下救助打捞中的应用水平,尤其是水域应急救援情况下的水下搜寻打捞效率,本文对国产水下机器人的发展、特点、组成等进行了介绍,并对在国内应急救援事故中用到的水下机器人系统技术、声呐探测技术、水下打捞工具等进行了简要分析。通过分析,在水下救助打捞领域对国产小型水下机器人提出了要求,为其研究指明了方向。     

带缆水下机器人控制仿真模拟与水动力分析

本文以Fluent多重滑移网格技术对带缆水下机器人系统进行路径跟踪的仿真计算,将收放缆反馈控制与PID算法调节螺旋桨转速的双重控制策略应用于带缆水下机器人系统,并对带缆水下机器人系统升沉运动的控制误差、螺旋桨推力与转速之间的关系、缆绳系统的张力特性以及水下机器人的水动力响应做了分析。文中数值模拟结果表明,双重控制策略下,带缆水下机器人路径跟踪的控制运动较为精确,其升沉运动位移最大误差约为0.2 m;螺旋桨的转速与推力呈正相关性,转速越大,推力也越大;水下机器人沿预定轨迹运动过程中,缆绳系统张力呈现周期性震荡的变化规律,机器人主体受到的水动力荷载与多种因素相关。     

小型化碟形水下机器人系统设计

当前应用于湖泊海域的小型水下机器人较少，且成本较高。提出一种自主式碟形水下机器人，并完成了系统设计和相关试验，实现其高度自主化和无疲劳连续性作业等功能，大幅提升小型水下机器在湖泊海域作业的可靠性、安全性和高效性，对于推进小型水域的科考工作发展具有重要意义。     

水下机器人近水面横摇运动的解耦控制

水下机器人在近水面低速航行时,为了有效克服海浪干扰的作用,提高水下机器人横摇控制的性能,依据解耦控制理论和零航速减摇鳍的工作原理,在水下机器人水平面运动耦合模型的基础上运用解耦控制方法进行横摇控制.该方法将水平面运动耦合模型分解为横荡、横摇和艏摇三个子系统进行分析,根据期望性能指标配置横摇子系统模型的极点,并将均方差最小线性递推滤波算法引入到状态信号的反馈通路中.通过对各种海情下水下机器人的横摇运动姿态进行仿真,结果表明:该解耦控制方法可应用于水下机器人近水面横摇运动的控制,其控制结果良好.     

虚拟现实技术在自主水下机器人避障模拟中的应用

当前研发的自主水下机器人避障数据获取难度较大,导致避障精准度降低,因此研究了虚拟现实技术在自主水下机器人避障模拟中的应用。采用声呐探测技术对不同水域的水下环境数据进行采集,通过虚拟现实技术将采集的声呐数据转换为三维场景。利用SOV视觉算法对三维场景避障数据进行分析与计算,根据分析结果对自主水下机器人避障算法进行修正,从而完成自主水下机器人避障模拟。通过仿真实验,采用传统避障方法与提出模拟方法进行避障精准度测试,通过数据证明提出研究的有效性。     

基于遗传算法和分数阶技术的水下机器人航向控制

[目的]自主式水下机器人(AUV)在海洋资源勘探、水下设备检修、水下搜救等领域发挥着重要作用,是探索海洋、开发海洋资源的重要工具。AUV的航向控制是其完成水下作业任务的基础。目前国内工程上多使用常规整数阶PID(比例、积分、微分)控制器进行航向控制,但该方法存在鲁棒性较差和参数整定复杂的问题。[方法]针对以上常规航向控制方法的不足,提出一种基于分数阶PID技术的航向控制器,并结合遗传算法完成控制参数自动整定,以提高控制器的实用性。分别对试凑法整定整数阶PID参数、基于遗传算法整定整数阶和分数阶PID参数的3种航向控制器进行算法仿真对比。[结果]结果表明:基于遗传算法整定分数阶PID参数的航向控制器相较于其他2个控制器,在上升时间与稳态误差基本相当的情况下超调量显著减小。[结论]说明基于遗传算法整定参数的分数阶水下机器人航向控制算法有效并具有优越性。     

带有死区补偿的欠驱动AUV深度控制

由于舵桨联合操控的水下机器人舵机传动系统死区非线性的存在,严重影响了某水下机器人的深度控制效果。文章以该水下机器人为研究对象,同时考虑了其欠驱动的运动特性及外界有界干扰和模型参数摄动,设计了具有自适应补偿功能的PID控制器,利用Lyapunov稳定性理论,证明在该控制器作用下,该控制系统是全局稳定的。最后进行了仿真实验。实验结果表明该控制器具有很好的控制效果,是行之有效的。     

小型舰船吸附式机器人的设计与智能控制

水下机器人是有效提高船舶机械化、自动化与智能化的方法。本文给出小型舰船吸附式机器人的设计和控制方法。首先介绍吸附式机器人的基本结构,然后给出新型吸附单元的模型,该模型使用Halbach阵列模型,并对其理想模型以及非理想模型进行描述,同时也给出优化算法。实验结果表明,本文设计的吸附式模型具有可靠的吸附能力。     

人工免疫算法在水下机器人运动控制策略中的应用

我国社会经济快速发展,各种智能化的机器人被应用在工业生产领域。水下机器人的主控系统一般采用电机作为主要的推进动力,对螺旋桨的控制直接决定水下机器人的工作性能。文中首先对螺旋桨的数学模型进行研究,然后结合螺旋桨的设计理论和相关特性,采用人工免疫算法对机器人的运动控制策略进行优化,最后采用Matlab仿真平台,对此算法的运动控制性能进行多方面的验证。     

弱磁型四旋翼AUV的深度与姿态控制

为对磁性敏感的实验装置提供一个无磁干扰、具有一定深度以及姿态稳定的水下测试环境,设计一款基于经典比例积分微分（PID）算法控制的弱磁型四旋翼水下自主航行器。本文通过外形设计,对该自主航行器进行三维建模,从而建立该AUV的运动学模型,进行稳定性分析。通过电气系统以及控制系统的设计与组装,调整各控制参数,成功搭建该自主航行器并进行水池实验。通过实验可知,基于PID控制的弱磁型四旋翼水下自主航行器通过无浮力缆与上位机连接,可以实现定深以及定姿态的功能。同时将各个误差值控制在理想范围内,验证了该控制系统的稳定性以及鲁棒性。     

水下机器人通信与控制技术研究

通过调研水下机器人的发展历程,提出了带有履带机器人的系统设计方案,并对其车载模块进行设计以及算法控制。然后通过对脉冲调制、差分脉冲调制进行对比,提出利用改进的DPPM进行水下通信,最后通过实验说明此种方法提高了数据的传输速率,添加白噪声进行实验仿真,说明当信号因延迟为叠加时,系统抗干扰能力会先变强,然后随着叠加数据的增多,抗干扰性减弱。     

基于单片机的水下机器人传感器故障检测仪设计

针对OUTLAND1000无人水下机器人,采用自适应滤波器FIR对水下机器人进行在线自适应建模,利用LMS算法调节和分析滤波器的权系数实时监测水下机器人传感器的故障.以单片机C8051F120为核心设计故障检测器,数据采集和控制信号通过设计的键盘发送给机器人,传感器数据通过RS-232传送到控制器进行数据分析,并在液晶上显示出相应的故障检测结果.     

小型AUV动力定位建模与控制仿真

伴随着水下潜航器的进一步深入研究,AUV产品正朝着小型化、民用化的方向不断发展。以小型AUV为研究对象的水动力性能分析、路径规划、水下通信等问题成为AUV产品设计的核心所在。本文基于ITTC双参数波浪谱及漂移力计算公式,在Matlab中建立不规则波浪仿真模型,对AUV运动规律进行预测。搭建动力定位控制系统Simulink模型,基于粒子群算法优化PID控制器参数,对AUV进行定位控制研究。成功模拟小型AUV的工作水环境并搭建动力定位仿真台架,实现AUV的定位控制,为AUV水动力性能试验及动力定位系统的软硬件设计创造了条件,为小型AUV产品的设计实现奠定基础。     

斜流作用下清洗机器人流场大涡模拟

针对清洗机器人受水流作用的工作稳定性问题，采用大涡模拟方法对雷诺数Re分别为300、3 000、30 000等3种来流条件下的水下机器人流场动力学特性进行数值模拟，分析其时均流场、瞬态涡结构和受力特性。结果表明：紧贴船壳壁面的水下机器人周围流场稳定性很高，壁面效应使机器人尾涡脱落受到抑制；随雷诺数增加，流体边界层厚度减小，阻力系数和侧向力系数逐渐增大；雷诺数为30 000时，阻力系数为0.53，侧向力系数为0.28，侧向力控制是水下机器人后续研究的重点。研究结果能为清洗机器人工作过程的稳定性研究提供理论依据。     

海洋工程水下结构检测与清污机器人控制系统研究

针对自主研发的水下检测与清污机器人设计了一套控制系统.该系统分水面控制系统和水下控制系统两大部分,水面控制系统主要包括PC机、控制箱、脐带缆、控制摇杆等设备.水下控制系统包括嵌入式微控制器、视觉照明模块、安全保护模块、传感器模块、运动模块、供电模块等部分.并对控制系统的软件硬件进行了设计,建立了纵向和艏向动力学模型,根据ROV结构、功能特点等简化模型;设计了一种新颖的结合PID控制的约束输入输出的直接广义预测控制算法,并对水下机器人的艏向和纵向运动展开研究.仿真结果表明,该算法具有稳定性好、自适应强等优点,具有良好的控制效果.