基于模型预测的跨域海洋机器人运动控制研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 聂星宇 |
| 答辩日期 | 2021-05-21 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 沈阳 |
| 导师 | 胡志强 |
| 关键词 | 跨域海洋机器人 倾转旋翼 广义预测 运动控制 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 机械电子工程 |
| 其他题名 | Research on motion control of cross-domain unmanned marine vehicle based on Model Predictive Control |
| 英文摘要 | 跨域海洋机器人作为一类具备空中飞行及水下潜航能力，兼具快速性与隐蔽性的智能无人系统，可执行情报侦察，水/空环境勘测，水面搜救等使命，具有重要的战略意义与广阔的发展前景。本文以倾转旋翼跨域海洋机器人为研究对象，对其在空中域、水下域及跨介质区域等典型任务区域中存在的单域及跨域过程运动控制重点问题进行研究。本文的主要内容由以下几部分组成：（1）倾转旋翼跨域海洋机器人任务域及工作原理分析。针对跨域机器人典型的任务流程进行了分析，划分了三种典型任务域，并针对各个任务域的特点进行分析。结合固定翼和多旋翼的特点，设计了一种倾转旋翼形式的混合型跨域海洋机器人，并对其中主要的部分设计原则进行分析。结合设计的构型与跨域机器人的任务域划分，阐述了机器人在各任务域的工作方式以及运动控制原理，并对各域内推进器推力进行了建模。（2）基于广义预测方法的跨域海洋机器人水空单域运动控制研究。针对水、空域内跨域机器人的环境的相似性，设计了一种统一的控制方法，采用基于数据的CARMA模型作为统一域的模型，基于广义预测控制方法设计控制器，通过参数的在线辨识，对模型的偏差进行修正。在控制律的求解过程中，针对跨域机器人的实时性要求，通过优化压缩了求解所需计算量，同时针对执行器饱和问题，引入控制加权系数和参考轨迹滤波，约束控制增量。仿真实验和样机航行实验表明，设计的控制器可以进行水下和空中两种工作域的任务，具有较好的鲁棒性。（3）基于分段策略的跨域海洋机器人水空跨域运动控制研究。针对本文设计的倾转旋翼跨域机器人构型，分析了相关的出入水方式，并确定了分段介质跨越的方法。重点针对水面垂直起飞过程，分析了机器人在近水面的受力情况以及推力损失问题，并提出了一个推力损失系数用以描述推进器推力损失情况与桨叶离水面高度的关系。基于受力情况的分析，对本文设计的跨域机器人不同姿态下的离水推重比情况进行了阐述，找到了高效的起飞俯仰角，并基于适当的起飞俯仰角提出了一种基于分段策略的水面垂直起飞流程，以及相关的控制器切换策略。样机的仿真实验表明，即使面对机体重量大，负载大，水空界面存在推力损失等问题，该方法仍能保证跨域机器人顺利从水面起飞，重复性较好。 |
| 语种 | 中文 |
| 产权排序 | 1 |
| 页码 | 79页 |
| 源URL | [http://ir.sia.cn/handle/173321/28959]  |
| 专题 | 海洋机器人卓越创新中心 |
| 作者单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 聂星宇. 基于模型预测的跨域海洋机器人运动控制研究[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：沈阳自动化研究所
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