基于PID的ROV運(yùn)動(dòng)控制仿真

施興華, 季葛盛, 錢(qián)佶麒, 張 婧

(江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院, 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

0 引 言

觀(guān)察型水下機(jī)器人是一種有纜遙控水下機(jī)器人(Remotely Operated Vehicle，ROV)，可代替人類(lèi)下潛至深水區(qū)進(jìn)行水下觀(guān)察，將海底信息傳遞至母船。ROV具有形狀的復(fù)雜性和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的不穩(wěn)定性，同時(shí)考慮到水流的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致ROV系統(tǒng)的非線(xiàn)性十分突出，且ROV的六自由度之間存在耦合，任意自由度下的運(yùn)動(dòng)都會(huì)影響其他自由度的運(yùn)動(dòng)，使ROV整體變得難以操控。因此，尋找一個(gè)合適的控制方法對(duì)整個(gè)ROV系統(tǒng)具有重大意義。

在水下機(jī)器人控制領(lǐng)域，比例積分微分(Proportional Integral Differential，PID)算法最經(jīng)典，流程簡(jiǎn)單，在魯棒性和計(jì)算量方面表現(xiàn)良好，也較早地應(yīng)用于實(shí)際，然而由于該控制器最初基于線(xiàn)性法則，因此非線(xiàn)性參數(shù)的整定較線(xiàn)性系統(tǒng)而言相對(duì)繁瑣[1]。與傳統(tǒng)線(xiàn)性控制不同，模糊控制方法以人工智能為基礎(chǔ)，具有很好的實(shí)時(shí)性和容錯(cuò)性[2]，該方法可更好地應(yīng)用于機(jī)器人控制領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者在水下機(jī)器人姿態(tài)控制領(lǐng)域進(jìn)行了較多研究。王建華等[3]運(yùn)用串級(jí)PID控制器控制水下機(jī)器人作業(yè)過(guò)程的俯仰角，仿真結(jié)果表明，串級(jí)PID控制算法可用于控制ROV的俯仰角，可有效解決實(shí)際作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)的非線(xiàn)性問(wèn)題。崔鵬飛等[4]針對(duì)水下機(jī)器人在控制過(guò)程中受到環(huán)境和模型參數(shù)不確定性影響的問(wèn)題，提出一種基于參數(shù)擾動(dòng)模型的ROV滑模控制方法。YAN等[5]設(shè)計(jì)一種無(wú)模型的比例導(dǎo)數(shù)(Proportional Derivative，PD)控制器，構(gòu)造Lyapunov-Krasovskii函數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，以確保設(shè)計(jì)的跟蹤控制器可保證系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性。……