小型轻质化AUV的控制系统设计及控制方法研究.pdf

AUV

小型轻质化的控制系统设计及控制方法研究

摘要

AUV

随着人类社会对海洋探测开发的需求不断增多，的设计研发得到了世界各国科学

家的重视。小型轻质化AUV凭借其成本较低以及便于布放回收的优势，在许多水下作业

中发挥了不可替代的作用。本论文以此为背景开展了小型轻质化AUV的系统设计以及控

制方法研究，主要工作由以下几部分构成：

1.开展了小型轻质化AUV软硬件控制系统设计。在对所需设备及板卡选型基础上，

设计了AUV控制系统的硬件结构，制定了设备供电方式及开关控制策略，构建了基于ROS

的软件系统，实现了任务规划、信号采集、数据存储、运动控制、图像传输、显示界面等

功能。通过水池试验，验证了控制系统的稳定性和有效性。

2.开展了小型轻质化AUV节能深度模型预测控制方法研究。针对小型轻质化AUV

的节能深度控制问题，研究了模型预测控制的改进方法。设计了具有节能效果的代价函数，

分析了模型预测控制参数对能耗及控制效果影响，研究了基于反向传播神经网络的预测时

域映射方法。对比试验结果表明，该方法可以节省AUV深度控制能耗，并可提高控制响

应速度。

3.开展了小型轻质化AUV抗扰艏向模型预测控制方法研究。针对小型轻质化AUV

会受到多种扰动的问题，研究了模型预测控制的改进方法。分别设计了基于干扰观测器的

抗扰模型预测控制前馈方法与无偏移方法，探讨了变约束最优化策略，研究了抗饱和的抗

扰模型预测前馈改进。水池对比试验结果表明，所提方法提高了AUV艏向控制抗扰能力，

并减小了操舵幅度。

本论文研究的小型轻质化AUV，可为近海、湖泊及江河的水下信息采集以及水面抵近

拍摄工作提供经济高效的探测装备，为我国水域监测及开发技术向智能化、信息化发展提

供了支持。

AUV

关键词：小型轻质化；模型预测控制；干扰补偿；系统设计

AUV

小型轻质化的控制系统设计及控制方法研究

Abstract

Withtheincreasingdemandforoceanexplorationanddevelopmentinhumansociety,the

designanddevelopmentofAutonomousUnderwaterVehicle(AUV)havereceivedattentionfrom

scientistsaroundtheworld.SmallandlightweightAUVsplayanirreplaceableroleinmany

underwateroperationsduetotheiradvantagesoflowcostandeasydeploymentandrecycling.

Thispaperfocusesonth