3。4 混合灵敏度法 10

3。5 加权函数 11

3。5。1 定义和介绍 11

3。5。2 加权函数的选取 11

3。6 鲁棒控制器的设计 12

第四章 水下机器人的鲁棒控制器设计 14

4。1 遗传算法 14

4。2 罚函数 15

4。3 混合灵敏度控制器的设计 15

4。3。1 混合灵敏度加权函数的结构选取 15

4。3。2 设计的目标和要求 16

4。3。3 适应度函数的设计 17

4。4 基于罚函数的小生境遗传算法 18

4。5 系统仿真 19

结论 25

致 谢 26

参考文献 27

第一章 绪论

1。1 研究背景和意义

海洋是人类乃至生命的起源地，是人类无穷无尽的资源宝库。随着人类航海技术的不断发展和对海洋无尽资源的不断渴求，人类对海洋的开发模式开始由传统模式向现代模式转变。其中对于海上被困人员的救援，遇难船只的打捞，海底地形的勘探，海上平台的建设，海底管道的铺设等一系列海洋活动而言，水下机器人是一种不可或缺的使用工具，特别是对于水深超过米的深海区域。随着人们对海洋探索和了解的逐渐深入，人们对水下机器人及其工作系统的操作和控制精度的要求也越来越高。因为海洋有着复杂且不确定的环境，水下机器人在海底工作时其控制系统存在各种不确定性因素。现如今，如何设计各项性能指标满足水下机器人在深海作业要求的控制器，是水下机器人的一项重要课题。论文网

水下机器人在海洋中运行时常常会受到下列的扰动：（1）由潮汐引起的海水流动；（2）由洋流和温差形成的海水流动[2]。如果水下机器人能够充分地利用海水流动，就可以极大地提高其能源的使用效率。全驱动型水下机器人为了减少在海洋中航行时受到的阻力，常常采取流线型的外观设计。在减少阻力的同时，安装推进器来增加驱动力使水下机器人达到全驱动。但是推进器本身存在着推力减额这个因素，推进减额与速度成正比，速度的过大提升会导致推进减额过大从而使驱动力归零。如果发生这种情况，所对应自由度的运动将面临失控。举一例说明，当水下机器人的下潜速度过快时，其垂直运动平面的推力减额会很大，导致驱动力变小并且此平面的运动失控。水下机器人所处的工作环境非常复杂，水下机器人在此环境中航行会受到不可预知的干扰，控制系统不可避免地会故障。例如上面提到的垂直面的驱动力消失而导致的运动失控，此种情况下水下机器人将无法正常地工作，为了使系统在发生故障时仍能保持基本的工作能力，须运行执行机构舵。这种情况也可以称为欠驱动，机器人为欠驱动水下机器人。本文采用欠驱动水下机器人为研究对象。

在鲁棒控制器的设计过程中，将模型可能出现的系数不确定、在高频域内未建模等情况考虑在内。鲁棒控制器本身具有非常好的控制效果。当水下机器人在海洋中运行时，若受到海洋流动等扰动影响的控制系统内含鲁棒控制器，系统就仍能具有较好的稳定性。