首先利用模糊神经网络算法构建了基于完整的带缆遥控水下机器人水动力数学模型的控制器,对水下机器人多自由度上的轨迹和姿态进行控制;然后,针对传统螺旋桨推进力分析方法中的缺陷,引入神经网络相关理论并结合计算流体方法对推进力和转速之间的相互关系进行辨识和换算;在此基础上构建了一个完整的、包括模糊神经控制器、机器人水动力数学模型以及推进力和转速换算模块的带缆

华南理工大学学报 (自然科学版 ) 第4 0卷第 4期 21 02年 4月 J ur a f S ut i a Un v r i fTe h o og o n lo o h Ch n i e st o c n l y y V o . 0 NO. 14 4 Ap i 2 2 rl 01

( a rl c neE io ) N t a S i c dt n u e i

文章编号： 0 05 5 2 1 )4 0 5—8 10 - X( 02 0 . 100 6

控制动作下带缆遥控水下机器人的水动力特性木 吴家鸣崔寅，邓威伍力马志权 。 (. 1华南理工大学土木与交通学院，广东广州 5 0 4; . 1 60 2广州市番禺灵山造船厂有限公司，广东广州 5 17; 14 3

3秦皇岛出入境检验检疫局， .河北秦皇岛 0 60 ) 60 4

摘

要：首先利用模糊神经网络算法构建了基于完整的带缆遥控水下机器人水动力数学

模型的控制器，水下机器人多自由度上的轨迹和姿态进行控制；对然后，对传统螺旋桨针

推进力分析方法中的缺陷，引入神经网络相关理论并结合计算流体方法对推进力和转速 之间的相互关系进行辨识和换算；在此基础上构建了一个完整的、包括模糊神经控制器、

机器人水动力数学模型以及推进力和转速换算模块的带缆遥控水下机器人控制系统；最后，在考虑系统各部分间相互影响的前提下进行了水动力特性的整体分析和计算.值计数

算结果表明，所建立的控制系统可以对带缆遥控水下机器人进行有效的轨迹和姿态控制， 文中方法可以从整体的角度分析一定控制动作下水下机器人的水动力响应 .

关键词：带缆遥控水下机器人；水动力特性；模糊神经网络；轨迹控制；姿态控制；数值计算中图分类号： P 4 . T 2 23 di 1.99ji n 10 . 5 .020 .2 o: 0 36/. s.005 X 2 1.4 04 s 6

带缆遥控水下机器人是一种日益广泛应用于浅海海洋环境动态监 i的水下探测装置，在水下观贝 0它测、海洋研究与海洋环境调查中有着特殊的用途 .带缆遥控水下机器人通常由脐带缆、下机器人和机水器人轨迹与姿态控制机构组成 .下机器人所配置水

系统的分析和研究，目前还缺乏深入的探讨 .在水下机器人的控制方

面，目前的研究也仅局限在简单的水动力数学模型的基础上，以施加于水下机器人上的总力为控制目标，于多自由度轨迹和姿态同步对 控制的相关研究也较少 .

的监测传感器的工作性质要求机器人工作时姿态稳定，并具有快速灵活的轨迹和姿态调节与控制能力 . 研究者为开发符合这种要求的带缆遥控水下机器人做了大量的工作；立准确的带缆遥控水下机器人建 控制模型，以此预报机器人在一定控制动作下的水 动力特性是开发性能良好的带缆遥控水下机器人的必要前提 .

基于这一背景，中在笔者课题组所建立的完文 整带缆遥控水下机器人水动力数学模型的基础

上 J引入由模糊神经算法构建的控制器，成带，组缆遥控水下机器人的控制系统，神经网络相关理以论结合计算流体方法对推进力和转速之间的相互关 系进行辨识和换算，带缆遥控水下机器人多自由对

度上的轨迹和姿态控制进行数值模拟计算 .

近年来，内外的研究人员进行了不少关于带国

缆遥控水下机器人水动力特性方面的探讨.但是，对带缆遥控水下机器人水动力数值模型方面的研究主要集中在对机器人的单一部分，例如脐带缆、水下机器人主体或轨迹与姿态控制机构的研究等 J而。, 对于如何从整体的角度对带缆遥控水下机器人进行

1水动力数学模型及其主要数值方法 1 1水动力数学模型的整体思路及机器人 . 系统的基本构成 文中的水动力数学模型中，脐带缆的运动控制

收稿日期： 0 0 1 .0 2 1.2 1 基金项目：国家自然科学基金资助项目(0 70 8; 17 2 6 )广东省教育部产学研结合项目(0 0 00 0 5 1 2 1 B 9 40 0 )

作者简介：吴家鸣 (9 7)男， 1 5一，教授，博士生导师，主要从事水下工程研究.— a: t w@su.d .n E m i cm u cteu c l j