水下机器人桨鳍协同推进姿态控制

TP24; 为提高水下机器人的机动性与稳定性,提出一种四旋翼波动鳍混合驱动的新型水下机器人及其姿态控制算法.建立了机器人桨鳍协同推进的运动学与动力学模型,通过流体数值仿真,获取了水动力系数,构建了机器人六自由度动力方程.提出螺旋桨与波动鳍协同推进的姿态控制策略,设计了一种四自由度串级比例-积分-微分控制器与控制分配算法.在MATLAB/Simulink中建立了仿真模型,仿真分析了机器人定深前进、升沉运动、原地转向中的机器人位姿曲线,以及随机干扰对姿态控制的影响.实验结果证明,机器人具备良好的姿态控制性能,最大推进频率下样机运动姿态角波动误差小于±4°,深度波动误差小于±5 cm.仿真及实验结果...

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Published in国防科技大学学报 Vol. 46; no. 6; pp. 184 - 193
Main Authors 夏明海, 尚建忠, 殷谦, 曾潇丰, 徐毓泽, 罗自荣
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 国防科技大学智能科学学院,湖南长沙 410073%长沙理工大学能源与动力工程学院,湖南长沙 410076 01.11.2024
Subjects
underwater robot
波动鳍
cascade proportional-integral-derivative control
串级比例-积分-微分控制
attitude control
quadrotor
水下机器人
姿态控制
undulating fin
四旋翼
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ISSN1001-2486
DOI10.11887/j.cn.202406020

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Summary:TP24; 为提高水下机器人的机动性与稳定性,提出一种四旋翼波动鳍混合驱动的新型水下机器人及其姿态控制算法.建立了机器人桨鳍协同推进的运动学与动力学模型,通过流体数值仿真,获取了水动力系数,构建了机器人六自由度动力方程.提出螺旋桨与波动鳍协同推进的姿态控制策略,设计了一种四自由度串级比例-积分-微分控制器与控制分配算法.在MATLAB/Simulink中建立了仿真模型,仿真分析了机器人定深前进、升沉运动、原地转向中的机器人位姿曲线,以及随机干扰对姿态控制的影响.实验结果证明,机器人具备良好的姿态控制性能,最大推进频率下样机运动姿态角波动误差小于±4°,深度波动误差小于±5 cm.仿真及实验结果验证了所设计的水下机器人与桨鳍协同推进的姿态控制算法的可行性.
ISSN:1001-2486
DOI:10.11887/j.cn.202406020