AUV 自主对接回收动力定位控制系统设计与实现

谢争明，曾庆军，朱志宇，戴晓强，任申真

（1.江苏科技大学电子信息学院，江苏镇江 212100；2.中科探海（苏州）海洋科技有限责任公司，江苏苏州 215600）

0 引言

海洋作为多种资源的重要来源，对海洋的探索具有重要意义［1］。自主水下机器人（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）作为探索海洋资源的重要技术装备，在海洋科学考察［2］、智能水下检测［3-4］、水下搜救等领域发挥着重要作用。AUV 在这些领域代替人工进行作业的同时，可大大降低作业人员遇到的风险并提高作业效率［5-6］。由于AUV 作业一段时间需要回收以进行能源补给、数据传输及指令下达等任务，但频繁布放及回收AUV 过于繁琐［7-8］，同时给工作人员及AUV 带来更多风险［9］，所以国内外科研人员对水下自主对接进行了研究。

自20 世纪90 年代以来，AUV 的对接系统主要包括捕捉式对接、平台式对接、包容式对接等几种类型［10］。近年来，国内外研究人员也在自主对接方面取得多项成果［11-12］。如浙江大学于2017 年5 月在深度50m 和105m 条件下成功完成AUV 包容式自主回收对接海试，表明包容式对接在深海具有良好的可靠性及稳定性［13-14］。而动力定位控制作为AUV 自主对接过程中的重要一环，在悬停校准环节起到了重要作用。文献［15］设计自适应滑模控制器，以克服AUV 模型不准确和未知扰动对动力定位控制的影响，但其仅在定常海流干扰环境下设计控制器，未能很好地结合实际应用环境；文献［16］设计积分分离模糊PID 航向角控制器，在减小超调方面具有较好效果。

本文以“探海Ⅱ型”全驱动AUV 为基础，结合超短基线、惯性导航系统、双目摄像机等设备，设计全驱动AUV 自主对接回收动力定位控制系统，通过动力定位控制器发挥全驱动AUV 的优势完成推力分配，从而抵抗随机浪流扰动，实现水下精准对接回收。……