论文摘要
水下机器人无论是在军事,还是在人类生产生活中都有广泛应用,而对其良好的运动姿态控制是水下机器人顺利完成任务的重要前提和保障。为了提高水下机器人的运动控制性能,其运动姿态控制技术的研究就成为了一个重要的研究课题。本论文基于国内外水下机器人设计的成功经验,首先建立适合描述水下机器人的坐标系,并在此基础上确定了其空间运动的数学模型。由于实际需要和控制器的设计,又对空间运动数学模型进行了适当简化,建立水平面运动方程和垂直面运动方程。然后分析了水下机器人在水中航行时受到的各种力,力矩以及直流电动机的调速系统和电动机转速与所产生推力大小的关系,并对水下机器人在水平面和垂直面内的运动稳定性进行判定。在以上工作的基础上,阐述了PID控制技术的基本原理和模拟PID调节器以及数字PID调节器,并介绍了两种PID调节器参数选择的方法,然后对水下机器人纵倾角、深度、偏航角三个控制参数运用PID控制器进行了控制,并仿真出它们的响应曲线。而后,又介绍了BP神经网络的有关知识,通过MATLAB工具箱里的一些函数对BP网络的设计,网络的算法实现,网络的训练和仿真进行了详细的叙述,并结合本设计建立了水下机器人的BP网络模型,对模型进行MATLAB仿真。最后,采用PID控制和BP神经网络控制相结合的控制方法,兼顾两者优点设计了一种水下机器人的BP神经网络PID控制器并做出其仿真曲线。经过相应的MATLAB软件仿真,证明了控制器设计的可行性,能较好的控制水下机器人的运动姿态,对后续研究开发有一定的参考意义。