水下柔索懸吊並聯運動平台的設計理論與控制方法研究

《水下柔索懸吊並聯運動平台的設計理論與控制方法研究》是依託中國海洋大學，由任憑擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：水下柔索懸吊並聯運動平台的設計理論與控制方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：任憑
• 依託單位：中國海洋大學

中文摘要

作為海洋智慧型裝備的一類，現有的水下機器人ROV與AUV等都存在負載能力小，作業能力有限，運動軌跡易受環境干擾等缺點。本項目將並在線上構學與水下機器人學融合，提出多自由度水下柔索懸吊並聯運動平台的概念。該機構由水面船體，驅動柔索與水下平台三部分組成，通過船體上的纜車改變柔索長度來控制水下平台的位姿，具有工作空間大，負載能力強，抗環境擾動能力強等優點。圍繞該機構的三種平面基本構型與兩種空間基本構型，本項目擬開展運動學，動力學，軌跡規劃與魯棒控制等研究。採用牛頓-歐拉法、拉格朗日法、有限元法相結合的方法建立該系統在海洋環境下包含多種環境擾動力在內的剛柔體耦合動力學模型。綜合滑模控制、H∞控制等多種魯棒控制算法的優點設計控制器，實現水下平台在水面船體浮動或巡航時的運動穩定性以及對擾動的抵抗能力。最終形成一套設計與控制水下柔索懸吊並聯平台的系統性理論方法，對我國海洋智慧型裝備事業的發展具有積極意義。

結題摘要

本項目提出了一類新穎水下柔索懸吊並在線上構。該類機構包含了多種多自由度運動構型，是懸索並在線上構與水下機器人的有機融合。本項目主要研究了該類機構的建模與控制。主要內容包括：率先提出了一種空間四自由度與一種空間五自由度懸索並在線上構，完善了該類機構的構型家族；建立了懸索質量不可忽略時基於懸鏈線方程的二、三自由度構型運動靜力學模型，並求解了空間正反向解；分別針對動力學模型準確與不確定兩種情況，設計了二、三、六自由度構型的計算力矩控制器以及魯棒滑模控制器；套用區間分析獲得了滿足張力約束的控制器參數可靠空間；對多種懸索並在線上構拾放軌跡進行了綜合性比較研究，獲得了能耗最優的軌跡參數。上述研究為該類機構在水下環境中的套用提供了理論基礎。