致谢 48

参 考 文 献 49

附录 51

第一章 绪论

1。1 课题研究背景和意义

地球上海洋面积占地球总面积的 70%，海洋除了拥有着丰富的生物资源，还 蕴藏着丰富的矿产资源，随着陆地资源的开发殆尽，对海洋资源的开发逐渐得到 各国领导人的重视，普遍被提上各国重点议程，近年来我国与日本钓鱼岛争端、 与东南亚各国南海争端，归根到底仍旧是海洋资源开发之间的矛盾。所以，海洋 资源的开发对我国的经济社会发展具有着重要的战略意义[1][2]。

长时期以来，遥控式水下机器人（ROV）作为一个技术解决方案被投入到 水下应用当中。由于受到电缆约束，遥控式水下机器人的机动性受到限制。由于 对成本效益，可预编程性以及性灵巧的最终需求考虑，促进了完全不同类别的无 人操控潜水器的发展，被称为自治水下机器人 AUV。AUV 被人为更加适合所有 的海底应用，一个因素是它有助于减少开发成本。未开 AUV 将被运用到几乎每 一项水下作业。从水深、海底测绘、数据采集到一些重要的商业应用，如水下监 视和侦查、财宝搜寻以及深水管道安装的监控和维护等[3]。

AUV 发展于上世纪 60 年代，但由于技术难度大并没有得到迅速发展。20 世纪 70 年代，随着计算机技术、晶体管技术以及控制技术的发展，AUV 得到迅 速发展，然而由于海地环境的复杂性以及 AUV 六自由度之间的非线性和高耦合 性，AUV 的发展并不成熟，仍处于不断发展阶段。AUV 全称自治水下机器，由 于自身携带动力，不需要与母船之间通过电缆连接，AUV 相较于有缆机器人， 具有活动范围大，灵活性好的特点。所以拥有着广阔的发展前景，然而 AUV 发 展还面临着以下几个主要的问题：论文网

1、智能水下机器人总体布局和载体结构；

2、智能体系结构；

3、智能水下机器人的运动控制；

4、智能水下机器人的通讯导航定位；

5、水下目标探测与识别；

6、水下机器人的动力能源[4]。 本文主要针对第三点“智能水下机器人的运动控制--运动姿态控制”提出方

案。

1。2 AUV 国内外研究现状

1。2。1 国内研究现状

1。2。2 国外研究现状

1。3 本文结构安排

本文基于模糊控制和滑模变结构控制相关理论，研究了一种模糊滑模变结构 控制办法实现对自治水下机器人运动控制设计，本文结构安排如下：

第 1 章绪论部分介绍了课题提出的背景和意义，列出 AUV 面临的发展问题， 同时介绍了国内外 AUV 发展现状。

第 2 章主要讨论水下机器人运动底层控制技术，主要包括几个方面：（1） 水下机器人的运动学基础和坐标及坐标转换问题，建立运动学方程；（2）介绍 水下机器人的动力学基础，分别讨论 AUV 受到的各种力和力矩作用。（3）将 6 自由度的 AUV 运动解耦为耦合度、线性度关系较小的水平和垂直两个方面的运 动，建立并简化两个平面的运动学方程。

第 3 章主要介绍本课题所涉及到的模糊控制理论、滑模变结构控制和模糊滑 模变结构控制相关理论知识。

第 4 章主要介绍 AUV 水平面运动控制方法设计，并对 Matlab 仿真结果进行 分析、总结。

第 5 章主要介绍 AUV 垂直面运动控制方法设计，并对 Matlab 仿真结果进行 分析、总结。

2。1 引言

第二章 AUV 数学模型的建立