1。2 水下机器人的发展状况

1。2。1 国外发展现状

1。2。2 国内发展现状

1。2。3 鲁棒控制的发展及研究现状

1。3 本文的主要研究内容

目前，水下机器人是目前研究的热门，本文主要以欠驱动水下机器人控制系统为研究对象，具体的研究内容如下：

第一章，主要介绍了本文研究内容的背景和意义，对水下机器人的国内外发展状况作了简单的概述，同时也对鲁棒控制算法的发展状况作了大概的描述。

第二章，通过分析得出了欠驱动水下机器人控制系统的运动模型，从而进一步得到被控对象的标称模型。文献综述

第三章，简单介绍了鲁棒控制理论的一些基础概念，并着重介绍了混合灵敏度法，同时对每个加权函数的作用和选取原则进行了详尽的分析，最后对鲁棒控制器的具体设计方法及步骤进行了阐述。

第四章简单介绍遗传算法和罚函数的定义和一般执行步骤，鲁棒控制器设计参数优化的具体步骤，进行仿真实验，对得出的仿真结果进行分析。

结论，总结本篇论文所做的研究内容，提出本篇论文存在的不足之处，同时对进一步的研究提供自己的建议。

第二章 水下机器人的建模

2。1 欠驱动水下机器人的本体结构

本文所研究的对象为欠驱动水下机器人，其简图如下。

图2-1水下机器人的示意简图

如图2-1所示，本篇论文的研究对象是欠驱动水下机器人，其中用于控制的只包括舵和推进器，并不包括执行机构舵在内。因为控制系统在正常工作状态时，执行机构舵是缩进本体内的。

欠驱动水下机器人在水下运行时可能遇到的情况在此处做简单总结：（1）水下机器人在运行时如果遭遇洋流，此时可将垂直推进器关闭，展开水平舵，充分利用被动水动力。（2）水下机器人在水中拥有较大的速度时，可能会导致垂直方向推进器的推力减额变大，驱动力变低，此时可展开水平舵，并且关闭垂直方向上的推进器，充分利用被动水动力来控制水下机器人的升潜。（3）垂直方向上的推进器发生故障，此时应关闭推进器，展开水平舵。（4）当水下机器人水平方向上的推进器发生故障时，应展开垂直舵，关闭水平方向的推进器。以上的状况，都可以归纳为欠驱动形式。

2。2 水动力表达式

水下机器人可工作在两种模式，其分别为：欠驱型及全驱型。工作模式的区别体现在是否展开执行机构舵。全驱模式下，水动力可表示为：

欠驱形式下水动力表达式，可由对式（2-1）的分析得来：

式（2-1）、（2-2）表明，水下机器人在不同模式下的水动力只与运动特性相关。

基于在两种不同工作模式下水下机器人的运动控制模型的相同点和不同点，推导出欠驱动水下机器人的控制模型。

2。3 水下机器人的数学模型来,自.优;尔:论[文|网www.youerw.com +QQ752018766-

因为水下机器人的惯性大，其在运行时不能够进行频繁的操作。将水下机器人的六维度的空间运动稍加简化，将其分解为两个平面运动。两个平面运动分别为不涉及深度的水平面运动和不涉及机器人航行方向变化的垂直面运动。水下机器人的水平面运动可概括如下： 

式中，为水下机器人的质量；为水动力系数，其可以通过估算得到；其中，为重心横轴坐标；为横向速度；为纵向速度；为舵角；r为航偏角速度。在此假设水下机器人的重心点与坐标系原点相重合，即。纵向速度与小冲角的关系为：   

由小扰动原理，得横向小扰动线性化方程：