水下船舶表面清刷机器人测控平台及导航定位算法研究
船舶在长期航运中，水下船体表面会附着大量的海洋污损生物，从而增大航行阻力和油耗，增加运输成本。利用水下机器人进行船舶清刷作业，将显著提高清刷效率，减少停航损失。国内船舶清刷机器人技术处于高速发展中，开展清刷机器人的研究，具有巨大的商业价值和社会价值。本文结合舰船清刷机器人实际工程项目，主要开展运动控制、组合导航、控制系统等方面的研究。 论文基于船舶清刷工程作业的实际需求，设计了水下机器人控制系统软硬件总体方案和推进器布局方案。运动控制方面根据推进器布局方案，推导确定水下机器人数学模型，使用PID控制器设计了姿态和位置的控制器，并且在Simulink中进行仿真测试，仿真结果证明了所设计控制方法的有效性。论文提出了一种增益可变补偿器结合EKF的组合导航算法，在MATLAB中与EKF进行对比仿真测试，仿真结果证明，所提出方法性能有较明显提升，较好达到设计需求。论文基于控制系统总体方案，设计实现了水下机器人双控制器软硬件控制系统。硬件系统基于Altium Designer软件设计了副控制器电路板，完成各硬件单元的器件选型。软件系统基于ChibiOS和FreeRTOS嵌入式实时操作系统完成水下机器人双控制器软件的设计与编程实现。 在Gazebo三维仿真环境和水池环境中，进行了仿真测试和实验室测试。实验证明，本论文所研制的软硬件控制系统、组合导航定位算法具备实际工程应用能力，证实了本课题研究内容的可行性。
船舶清刷;水下机器人;运动控制;组合导航;控制系统
北京化工大学
硕士
电子信息
冯晓东;朱勇
2023
中文
TP242
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）