摘 要摘 要人类赖以生存的地球表面71%为水域，29%为陆地，在这广阔无垠的水下空间，蕴含着丰富的海洋生物资源、稀有金属资源、化学和动力资源。然而海底环境恶劣且变化多端，人类根本无法深入探索，水下机器人作为帮助人类打开海洋神秘面纱的替代机器受到了广泛的关注，近些年它的一些关键技术得到了全方位迅速地推广。推进系统作为水下机器人开展其他作业的关键和前提，对它的运动控制方法研究则更是必不可少的。本文以水下机器人推进系统为研究对象，提出一种基于模糊PID的水下机器人推进系统的运动控制系统，旨在让水下机器人在水下环境中精确地完成各种运动，为其他的作业提供保障。本文通过MATLAB仿真与虚拟环境试验来论证模糊PID控制系统在水下机器人推进系统运动的有效性和可行性。本论文首先分析了水下机器人的固定坐标系和运动坐标系，建立它的六自由度动力学模型，同时对其进行了具体的受力分析，然后在此之上设计两种运动控制系统PID控制系统和模糊PID控制系统，并分别进行了MATLAB仿真和WEBOTS试验仿真，且对试验结果进行了对比和分析。结果表明了模糊PID控制系统相对于经典PID控制系统具有更加良好的动态性能和较高的稳态精度，并适用于绝大多数水下机器人，对研究水下机器人的操纵和控制具有很大的实际意义。关键词水下机器人推进系统；运动模型；模糊PID控制；MATLAB；WEBOTS
目录
第一章 绪论 1
1.1 水下机器人的概念和分类 1
1.2 水下机器人国内外研究概况与发展趋势 1
1.2.1 国外研究概况 2
1.2.2 国内研究概况 2
1.2.3 发展前景 3
1.3 水下机器人推进系统控制技术 4
1.4 论文的主要研究内容 4
第二章 水下机器人运动模型及性能分析 6
2.1 水下机器人推进系统结构 6
2.2 水下机器人运动数学模型 7
2.2.1 坐标系的选取和建立 7
2.2.2 运动参数的表示 7
2.2.3 载体坐标系与固定坐标系的转换矩阵 8
2.3 水下空间运动方程 9
2.4 水下空间运动受力分析 10
2.4.1
 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ^351916072# 
浮力、重力 10
2.4.2 推力器推力 11
2.4.3 流体水动力 11
2.4.4 水动力系数的确定 13
2.5 水下机器人运动方程优化 14
2.5.1 横向运动方程 14
2.5.2 水平运动方程 14
2.5.3 纵向运动方程 15
2.6 本章小结 15
第三章 水下机器人推进系统模糊控制 16
3.1 模糊控制 16
3.2 模糊逻辑数学基础 16
3.2.1 模糊集合 17
3.2.2 模糊集合的隶属函数 17
3.2.3 模糊关系 19
3.2.4 模糊推理 19
3.3 模糊逻辑控制原理 20
3.3.1 模糊控制系统结构 20
3.3.2 模糊控制器结构 21
3.4 模糊控制器设计 22
3.4.1 模糊化 22
3.4.2 数据库 24
3.4.3 规则库 25
3.4.4 推理模块 27
3.4.5 反模糊化 27
3.5 模糊控制器的MATLAB仿真 28
3.5.1 MATLAB模糊控制工具箱 28
3.5.2 模糊控制器的搭建 28
3.6 本章小结 32
第四章 水下机器人推进系统模糊PID控制 33
4.1 模糊PID控制技术 33
4.2 PID控制系统设计 33
4.2.1 PID控制原理 33
4.2.2 经典PID控制系统MATLAB仿真 34
4.3 模糊PID控制系统的设计 36
4.3.1 模糊PID控制原理 36
4.3.2 模糊PID控制系统设计 37
4.3.3 模糊PID控制系统MATLAB仿真 38
4.4 本章小结 40
第五章 WEBOTS平台上的水下机器人综合仿真 41
5.1 水下机器人的建立 41
5.1.1 WEBOTS简介 41
5.1.2 VRML建立虚拟世界环境 42
5.1.3 WEBOTS控制系统建立 43
5.2 动态仿真结果分析 44
5.2.1水平、横向和纵向运动仿真 44
5.2.2 水下机器人GPS定位 47
5.3 MATLAB和WEBOTS试验结果分析 48
5.4 本章小结 49
总结与展望 50
致谢 51
参考文献 52
绪论
水下环境尤其是深海环境极其恶劣，人类无法根本深入开展任务，因此探索海洋、开发海洋里的各种资源必须借助各种高科技手段，而作为开发深海资源主要手段之一的水下机器人技术[1]则更是必不可少的。水下机器人有由于其机动灵活，能克服恶劣的水下环境，执行水下探测、摄像和跟踪等任务的特点，逐渐变成了人类解开海洋神秘面纱不可或缺的好帮手，而且某些军用的机器人更是在国防领域起着不可替代的作用。因此，水下机器人的研制和利用具有重要的战略意义和价值，推进系统是控制水下机器人在水下运动的核心部件，推进系统的运动控制更是水下机器人开展其他作业的前提和关键。
水下机器人的概念和分类
水下机器人又被称作潜水器[2]（Under water vehicles）,严格意义上来说，它与人们潜意识的那种人形化的机器是不同的，他其实是一种能够代替人类在水下环境中完成某些特殊任务的机器，其外形和潜水艇更为相似。
水下机器人的种类很多，型号多样，有时候很难将其分类界限清楚地区别开来，
最常见的是按照载人与否可分为：载人潜水器和无人潜水器。载人潜水器顾名思义就是可以载人的，常被用于军事中来海底考察并执行某些特殊的工作。无人潜水器从控制技术的角度又可以分为四类[3]：拖曳式潜水器，系缆式无人遥控潜水器（ROV），无缆式无人遥控潜水器（UUV），无人无缆潜水器（AUV）。
水下机器人国内外研究概况与发展趋势

原文链接：http://www.jxszl.com/dzxx/txgc/80562.html