基于EtherCAT总线的ROV控制系统设计

有缆水下机器人(ROV)在水下打捞、故障排除、海洋石油勘探与开发、矿物资源开采以及军事等方面均有着广泛的应用前景。水下机器人运动控制的核心是嵌入式计算机系统,它需具有实现运动控制算法、数据采集、与外设进行通信等功能。随着水下机器人的不断发展,对其性能以及灵活性、扩展性等提出了更高的要求,而这主要体现在控制核心的运算能力以及通讯速率等方面。本文利用德国Beckhoff公司的EtherCAT总线以及嵌入式控制器,结合自主研发的软件应用程序,提出一套高运算能力与高通信吞吐速率的设计方案,并实验成功。     

基于Unity3D的水下机器人半实物仿真系统

基于Unity3D研制了一种由地面控制终端、机器人本体和三维仿真系统3部分组成的水下机器人半实物仿真系统,为水下机器人开发过程中的性能测试、控制算法分析和人员操作培训提供了仿真和测试平台。该系统采用同一地面控制终端作为三维仿真系统和机器人控制系统的统一指令输入源,以实现虚拟对象和机器人本体的同步工作,可对系统进行实时监测、调参。采用多目视觉技术对机器人位置采集,对传感器数据进行卡尔曼滤波处理。机器人运动仿真试验结果表明,机器人实际运动路径和仿真规划路径基本相同,该系统动态响应性和控制系统同步性较好。     

基于图像处理的立管末端水下定位方法

运用图像处理方法对立管末端进行定位.通过无人遥控潜水器(ROV)搭载水下摄像头捕获立管末端的实时运动图像,图像模式匹配程序根据固连在立管末端的标识图案的形状进行匹配,并从图像中将标识图案区分出来,再利用图案中心点坐标信息和投影关系计算出立管标识点和井口相对于摄像头的三维坐标,进而得到世界坐标系下立管末端与井口的相对位置.通过水池试验,验证了该方法定位准确且具有实时性,可以应用于自动立管入井控制.     

基于长基线声学定位系统的深水跨接管安装测量

为解决深水跨接管的安装难题,需要精确测量不同海底设施轮毂(Hub)间的相对关系.本研究以南海陵水深水油气田开发工程为例,使用基于长基线(Long Baseline,LBL)声学定位的深水跨接管测量方法,通过优化作业流程,采取精度控制措施,攻克测量过程中的技术难点,使测量精度满足工程施工要求.研究表明,在深水跨接管连接作...     

基于滑模控制的ROV深度方向轨迹跟踪研究

未知海流等外界干扰,系统的不确定性信息对小型ROV深度控制造成不利影响。针对该问题,本文首先建立小型ROV深度方向运动数学模型,在理想和有干扰的情况下设计相应地滑模变结构控制器来实现水下机器人的位置轨迹的跟踪,利用李雅普洛夫定理在理论上证明了所设计的控制器是稳定的。仿真结果验证了跟踪控制系统的全局渐进稳定性,及对有界外部扰动的鲁棒性。     

作业型ROV推进器动力学建模与响应分析

为研究深海作业型遥控水下机器人（remotely operated vehicle,ROV）液压推进器控制系统的动力学响应特性,建立了一种考虑螺旋桨动态负载影响的伺服阀控制液压推进器动力学系统的数学模型,提出一种伺服阀控制液压推进器的马达流量、压力、扭矩、转速、螺旋桨转矩和推力的求解方法.通过数值仿真,分析了不同控制电压下伺服阀、液压马达和螺旋桨的动态响应过程及特点,建立了推力分配方法中推力简化约束模型,并得到了期望推力和推进器控制电压之间函数关系的数学模型.与推进器水池试验结果相比,本文仿真结果准确可信.这种完整和准确的液压推进器动力学系统的数学模型,对实际水下机器人和动力定位船舶的运动控制方法、推力分配策略及推进器控制的研究,具有一定的指导意义和工程价值.      

水下机器人数字光纤传输系统的研究与设计

针对某探坝遥控式水下机器人(ROV,remotely operated vehicles)在水下作业时需要与岸基之间完成导航、动力控制和探测信息收集等大量的数据交换的问题,文中设计了一种在1根光纤中传输所有信息的数字光纤传输系统,整个系统的设计核心是基于一片FPGA芯片的高速串行收发器.在高速串行收发器的设计过程中,分别介绍了发送器与接收器的整体结构和功能,利用QuartusII和Modelsim等仿真软件分别对高速串行收发器的各功能模块进行仿真验证,并将该模块应用于整个传输系统中,完成了系统数据传输的要求.该FPGA芯片在系统中的应用不但可以降低系统板级的体积和复杂度,而且实验证明,系统的抗干扰性得到了很大的提高.     

基于模糊补偿的深海作业级远程操控潜水器#br# 自适应位姿控制

摘要： 针对参数变化、流以及其他未知干扰对深海作业级远程操控潜水器(ROV)位姿控制的影响，设计了基于模糊补偿的ROV自适应位姿控制器.从大地坐标系下的ROV系统模型中分离出由于参数变化、流以及其他未知因素所产生的干扰力/力矩，并分析了干扰力/力矩的变化特性，利用模糊逻辑系统(FLS)进行逼近，设计基于干扰力/力矩模糊补偿的ROV自适应位姿控制器；同时，为了消除逼近误差的影响，设计了稳健自适应控制律.结果表明：FLS能够以较高的精度逼近ROV所受到的干扰力/力矩；所设计的基于模糊补偿的深海作业级ROV自适应位姿控制器具有良好的跟踪性能、抗干扰能力和稳健性.