基于自抗扰控制技术的深海自持式剖面浮标定深控制研究

作     者：张博伟 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李醒飞;王龙

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0816[工学-测绘科学与技术] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：深海自持式剖面浮标 运动模型 ADRC 定深控制 

摘      要：随着科技进步与社会发展,占全球面积71%并蕴含丰富矿产资源和生物资源的海洋成为世界各界关注的焦点。用海必先探海,2000米内探海设备已然发展成熟,4000米内深海探测设备成为研发热点。深海自持式剖面浮标可自主进行剖面观测,是构建海洋立体观测网络的重要节点。观测深度可达4000米的深海自持式剖面浮标的研究对进一步推进“关心海洋,认识海洋,经略海洋战略具有重要意义。本文以深海自持式剖面浮标为研究对象,解决了其定深控制过程中遇到的关键技术问题。首先,根据深海自持式剖面浮标浮力调节机构和浮标的整体结构,分析其工作过程,对下潜状态做运动学分析。充分考虑在不同下潜深度下海水密度变化对深海自持式剖面浮标所受到浮力的影响,对下潜深度与海水密度关系进行了研究,在此基础上构建了深海自持式剖面浮标运动模型。其次,针对所构建深海自持式剖面浮标运动模型,构建PID控制器以实现其定深控制。给出了PID控制系统结构,分析了PID控制的优点与缺陷。针对PID控制器的缺陷,引入自抗扰控制思想,构建自抗扰定深控制系统。基于分离性原理在Simulink软件中对系统核心模块进行仿真实验,分析了自抗扰控制器参数调节规律。通过单目标与多目标深度定深控制实验验证了自抗扰控制技术对深海自持式剖面浮标系统的内部不确定性的和外界干扰有很好的抑制效果,提高了系统的定深控制精度。最后,设计高压环境模拟台与深海自持式剖面浮标工程样机组成半实物仿真平台。通过半实物仿真平台对所设计定深控制系统进行了单目标深度定深跟踪实验与多目标定深实验。实验证明,该控制系统具有良好的定深跟踪能力。本文所提出的深海自持式剖面浮标定深控制最大下潜深度4031.4米,控制精度(?)31米,本文所设计的自抗扰控制器能够实现较高的控制精度,且具有较强的抗干扰能力。