水下机器人控制系统设计与仿真

韩 林,施昕昕

(南京工程学院自动化学院, 江苏 南京 211167)

随着人类科技的发展和陆地资源的日益减少,人类开始开发拥有无尽资源的海洋[1],因此需要具有高度稳定性和灵活性的有缆水下机器人(remote operated vehicle,ROV)在浅水区进行水下信息采集[2].这种小型机器人需要装载照明、摄像、声纳等观测设备,监测河堤、大坝水况,收集河道桥墩的水下信息,检修近海码头港口和船舶外体,并在渔业养殖和救援打捞等一些领域有着广泛应用[3].水下环境复杂且危险,采用滑模控制器比传统滑模控制器更加能够保证ROV维持预设航向和预设深度,稳定地完成水下作业[4-5].水下机器人对运动控制器要求高,同时要求具有通信、采集信息等功能[6].保持及调整航向和下潜深度是ROV在水下稳定作业的基本要求之一[7].PID控制和鲁棒控制、自适应控制、模糊控制的主要区别在于PID控制是基于反馈的一种控制方式[8],其控制方式简单且在水下适应性好[9],但响应时间较长.PID控制过程包括获取输入数据、将输入值与期望值进行比较得到相应的偏差[10]、消除偏差使系统进入稳定状态[11].水下环境复杂多变,不能获得精确的系统模型[12],而滑模控制可以较好克服系统的不确定性,并具有很强的鲁棒性,可以较好控制非线性系统[13],将它应用于水下机器人控制可以获得较好的效果.滑模控制最大的问题是到达滑模平衡点后上下滑动,这种往复的滑动导致抖颤,会严重影响滑模控制的控制效果,克……