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作业型ROV动力定位控制技术研究

作业型ROV动力定位控制技术研究

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作者：刘合伟哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

海洋是二十一世纪重要的资源宝库,在当今世界能源紧缺和全球变暖的大环境下,作业型ROV(Remotely Operated Vehicle)作为一种深海资源探测和开采设备,在海底资源的开发过程中发挥着重要的作用。本文针对作业型ROV动力定位控制系统进行了... 详细信息

海洋是二十一世纪重要的资源宝库,在当今世界能源紧缺和全球变暖的大环境下,作业型ROV(Remotely Operated Vehicle)作为一种深海资源探测和开采设备,在海底资源的开发过程中发挥着重要的作用。本文针对作业型ROV动力定位控制系统进行了设计和研究,以作业型ROV为控制载体,把动力定位的控制思想加入到作业型ROV的控制策略当中,以提高水下作业的精度和效率。论文首先阐述了作业型ROV动力定位控制系统的构成,给出了动力定位主控系统、液压推进系统和导航定位系统的平台实现方案,重点对推进器驱动系统进行硬件电路设计与软件系统设计,搭建了动力定位推进器系统硬件平台,同时完成了相关软件的编写,并对ROV动力定位控制要实现的功能进行介绍。其次,构建ROV三维空间六自由度动力定位数学模型,并详细推导了ROV发生横滚和纵倾时的全误差推进系统模型。根据水下作业的需求,对ROV动力定位模型做了解耦简化,构建水平面三自由度线性运动模型和垂向、纵倾和横滚的单自由度模型,为动力定位控制器的设计奠定基础。再次,针对作业型ROV动力定位控制系统设计了控制器,按照水下作业需求设计三种对应控制器:为了满足ROV水下定深、定高的垂向定位控制,设计了基于生物启发模型的滑模控制器;为了满足作业姿态需求,对纵倾和横滚姿态控制设计了带有干扰观测器的自适应积分反演控制器;为了实现水平面定点定位控制,设计了基于线性二次型(LQ)最优控制器;三种控制器都给出了详细的推导过程,通过李雅普诺夫稳定性理论证明控制器的稳定性,并通过仿真实验对控制效果进行了验证。然后对作业型ROV的多姿态推力分配控制做了三维仿真验证,分配效果良好,实时性与抗干扰能力满足要求。最后,对系统中的推进器驱动单元、通信系统单元和导航定位系统单元三个重要的单元进行测试实验,并对ROV进行海上动力定位验证实验,通过采集的实验数据分析证明该论文所设计的作业型ROV动力定位控制系统的有效性,实现了较好的控制效果。

关键词：作业型ROV 动力定位推进器驱动自适应积分滑模控制生物启发

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