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题名	有缆水下机器人主动升沉补偿技术研究
作者	杨文林1,2
答辩日期	2009-05-12
文献子类	博士
授予单位	中国科学院沈阳自动化研究所
授予地点	沈阳
导师	张艾群 ; 张竺英
关键词	水下机器人 主动升沉补偿 液压绞车 前馈 预测
学位名称	博士
其他题名	Research on Active Heave Compensation Technology of Remotely Operated Vehicles
学位专业	机械电子工程
英文摘要	随着水下机器人技术的不断进步，水下机器人的作业范围和作业深度不断增加，深海水下机器人在深海领域有着其他手段无法比拟的优势。在深海区域，海面的海况条件相对比较恶劣，支持母船受风、浪、涌、流影响而产生较大幅度的升沉运动对有缆水下机器人正常作业和收放操作有较大的影响，水下机器人中继器的升沉运动甚至可以造成系缆的损坏而使机器人本体丢失。如何提高水下机器人在相对恶劣海况条件下的安全性能、特别是水下机器人与中继器安全的释放与回收成为当前深海有缆水下机器人开发所需要面临的一个重要问题。有缆水下机器人主动升沉补偿技术的研究，对于提高水下机器人在相对恶劣海况条件下的安全作业和收放具有重要的意义，对提高水下机器人抵御恶劣海况的能力具有重要的作用。本文结合中国科学院沈阳自动化研究所研制的作业型遥控潜水器（ROV）在4级海况条件下安全作业和收放的实际需求以及“十五”期间国家863计划专题项目“基于母船升沉预测的深海装备主动升沉补偿测控单元的研究开发”的要求，开展有缆水下机器人主动升沉补偿技术研究，降低相对恶劣海况条件下母船升沉运动对水下机器人中继器的干扰，保证水下机器人与中继器安全的释放与回收。重点研究母船升沉运动的测量方法；研究以液压绞车为动力机构的主动升沉补偿控制方法；研究母船与水下机器人中继器升沉运动预报方法；研究母船、铠缆、水下机器人及中继器系统的有限元建模与运动分析方法。本文的主要研究内容如下：（1）研究海况条件、船舶尺寸与母船升沉运动之间的关系，分析在4级海况条件下作业型ROV母船升沉运动幅值和频率的分布范围和规律。利用惯性测量传感器测量母船升沉运动加速度值，通过积分和数字高通滤波处理得到母船升沉速度或位移信号。研究升沉运动测量误差来源，设计升沉运动自适应滤波器。（2）以有缆水下机器人液压收放绞车为动力机构，开展基于常规液压收放绞车的主动升沉补偿控制方法研究。针对液压收放绞车的功率无法满足主动升沉补偿闭环控制的要求，研究在欠功率条件下液压绞车主动升沉补偿前馈控制策略，利用控制预值消除不对称负载作用时出现的液压绞车运动偏移。控制算法简单可靠，便于工程实现。（3）针对液压绞车大负载、大惯量且系统参数时变、非线性等特征，研究液压绞车主动升沉补偿预测控制策略，通过水下机器人主动升沉补偿预测控制仿真实验分析液压绞车主动升沉补偿预测控制的补偿效率。（4）研究母船与水下机器人中继器升沉运动预报方法。利用AR模型以及母船升沉运动历史数据，实现对母船未来极短时间内的运动预报，为液压绞车预测控制算法的应用提供参考轨迹。研究基于ARMA模型以及母船和水下机器人中继器升沉运动历史数据的水下机器人中继器升沉运动预报方法。（5）通过升沉运动测量实验分析升沉运动测量模块的可靠性和测量精度的影响因素。利用模拟液压绞车主动升沉补偿实验验证常规液压绞车主动升沉补偿前馈控制的效率。并利用作业型ROV收放系统的实际液压绞车进行主动升沉补偿实验。结合模拟液压绞车与作业型ROV液压绞车主动升沉补偿实验的实验结果，分析4级海况条件下液压绞车主动升沉补偿控制效率。（6）利用有限元理论建立母船、铠缆、水下机器人及中继器的有限元集中质量模型，通过数值方法求解有限元方程，得到母船与水下机器人中继器之间的运动耦合关系，仿真分析在液压绞车主动升沉补偿控制状态下水下机器人中继器升沉运动规律及铠缆张力变化规律。
语种	中文
产权排序	1
公开日期	2010-11-29
页码	108页
分类号	TP242.3
内容类型	学位论文
源URL	[http://210.72.131.170//handle/173321/403]
专题	沈阳自动化研究所_水下机器人研究室
作者单位	1.中国科学院沈阳自动化研究所 2.中国科学院研究生院
推荐引用方式 GB/T 7714	杨文林. 有缆水下机器人主动升沉补偿技术研究[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2009.

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