亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        ROV水下對接液壓飛頭過程的位姿控制方法研究

        2017-07-19 22:16:37程友祥葉天源宋琦譚西都劉晨曦
        科學與財富 2017年19期
        關鍵詞:模糊PID控制

        程友祥+葉天源+宋琦+譚西都+劉晨曦

        摘要:ROV位姿控制的快速性與穩(wěn)定性是MQC(液壓飛頭)水下對接成功的關鍵。本文針對MQC水下對接過程中,海流推力、對接反力等外擾巨大且無法預估的問題,提出了機械臂輔助下的ROV位姿控制的系統(tǒng)結構與工作原理,并在此基礎上分析比較了Z-N整定法和模糊算法等PID控制參數(shù)優(yōu)化方法,仿真結果表明,集模糊算法、Z-N整定法于一體的模糊-PID控制算法可以最大限度地提高ROV位姿控制性能,提高MQC水下對接穩(wěn)定性,提高水下對接成功率。

        關鍵詞:MQC對接,ROV位姿控制,Z-N整定,模糊算法,模糊-PID控制

        0 引言

        MQC(液壓飛頭)是用來在水下同時連接多個接頭的裝置,主要用以分配水下液壓控制信號。MQC對接是由ROV將移動端與海底設備上的固定端對接,從而實現(xiàn)管路的連通[1]。在MQC對接過程中,ROV位姿控制非常重要。

        1 結構與工作原理

        ROV是有纜水下自治機器人,通過推進器合理排布實現(xiàn)前、后、左、右、上浮、下沉運動,其攜帶如機械手、扭矩工具等作業(yè)工具,能夠輔助完成復雜的作業(yè)任務。

        ROV的基座處于浮游狀態(tài),即ROV并非固定狀態(tài),存在自由度冗余,這使得操作具有更高的靈活性,但也造成了運動學反解的不唯一性;同時,ROV的機械手與ROV本體之間存在動力學耦合,機械手的運動會引起ROV的運動,進而導致機械手末端執(zhí)行器不能準確地定位,不利于末端軌跡的跟蹤控制;另外,ROV工作環(huán)境面臨諸多未知問題,通常都比較復雜,比如海水的作用力、移動端和固定端對接的相互作用力等等對系統(tǒng)的操作都有很大的影響。這些都大大增加了ROV位姿研究的難度[2]。

        2 基于ROV的MQC對接過程

        深水環(huán)境下的MQC對接,潛水員作業(yè)受限,需要借助水下機器人進行操作,利用基于ROV進行MQC對接過程如下:首先母船裝載所有對接設備預先定位到對接地點的水面上,并把所有設備輸送到水下對接地點,準備進行對接;然后ROV向海底設備移動,機械手上帶有的扭矩工具從暫置位上取下MQC移動端;ROV再次移動,攜帶MQC移動端駛向海底固定設備,到達目標地點后機械手將移動端與固定端對接,完成對接后ROV撤離。若對接過程中ROV姿態(tài)發(fā)生變動,有可能導致對接失敗,甚至引起重大事故。

        3 ROV位姿PID控制參數(shù)優(yōu)化方法概述

        所謂ROV位姿是指在MQC對接過程中,ROV上各點相對參考坐標系的空間位置,穩(wěn)定性即ROV受到干擾后能否回到原來姿態(tài)的性能。ROV運動位姿控制采用PID控制,PID控制從無到有已經(jīng)經(jīng)歷了近一個世紀,它結構簡單、穩(wěn)定性能好、可靠性高的優(yōu)點使其至今依然能得到廣泛的應用[3]。PID三個參數(shù)需要通過優(yōu)化使系統(tǒng)獲得良好的快速性和穩(wěn)定性,其優(yōu)化可以通過不同的控制算法實現(xiàn),優(yōu)化目的是降低超調,對干擾做出迅速的響應。ROV位姿控制系統(tǒng)是一個非線性流體動力學的系統(tǒng),其中的多個狀態(tài)變量多有耦合,以及系統(tǒng)本身的不確定性和環(huán)境的多變性都給控制帶來挑戰(zhàn)。PID控制參數(shù)優(yōu)化方法有多種,這里介紹PID控制參數(shù)的Z-N整定法和模糊算法優(yōu)化方法。

        3.1 PID控制參數(shù)的Z-N整定法

        Z-N整定法是Ziegler和Nichols在1942年提出來的PID控制參數(shù)的經(jīng)驗整定公式,在實際工業(yè)過程中,大多數(shù)被控對象獲得數(shù)學模型后,即可通過時域或頻域數(shù)據(jù),根據(jù)表1所示的Z-N整定經(jīng)驗公式計算PID控制參數(shù)。

        表1 PID控制參數(shù)的Z-N經(jīng)驗整定公式

        這里借助MATLAB環(huán)境進行整定將會很方便,在得到被控對象傳遞函數(shù)后可以利用MATLAB求得幅值裕量、剪切頻率等參數(shù),而后根據(jù)上表公式設計PID控制器。但是這樣得到的PID控制在面對復雜多變的深水環(huán)境時可能得不到預期效果。

        3.2 PID控制參數(shù)模糊算法優(yōu)化法

        由于PID控制更加適合具有精確數(shù)學模型的系統(tǒng),而實際工業(yè)中大多數(shù)系統(tǒng)常常比較復雜,再加上深水環(huán)境充滿了不確定性和未知性,被控對象的參數(shù)甚至模型結構都會隨之不斷發(fā)生變化。因此我們希望PID控制器參數(shù)最好能夠具有自適應性,能夠對外界干擾做出快速的反應。于是引入了一個算法——模糊算法。模糊算法是一種根據(jù)“相似度”來描述問題的。模糊算法中所有輸入變量基于經(jīng)驗值,每個變量對應幾個模糊設置,根據(jù)從屬函數(shù)得到解;而抉擇邏輯,即模糊規(guī)則是自變量和因變量之間的關系,這是基于已有的知識經(jīng)驗;模糊推論則是基于歸納演繹方法;最終得到輸出??偠灾?,模糊算法針對系統(tǒng)的不確定性和非線性[4]。

        一般模糊控制器采用二維模糊輸入,其結構框圖如圖1所示。從中可以看出,輸入偏差E和其變化率EC經(jīng)過量化因子變換后得到模糊論域,然后經(jīng)過模糊化環(huán)節(jié)再進行模糊邏輯推理,可以得到輸出模糊子集,最后經(jīng)過解模糊化處理并經(jīng)過轉換,可以得到實際控制量u的輸出。這里即采用三個模糊控制器分別對PID控制三個參數(shù)進行優(yōu)化,得到實際的控制參數(shù)。模糊算法的穩(wěn)態(tài)性能較好,但會同時犧牲動態(tài)性能,降低系統(tǒng)響應快速性。

        3.3參數(shù)自適應調節(jié)模糊-PID控制的參數(shù)優(yōu)化方法

        ROV的位姿控制是一個復雜系統(tǒng),并且外界條件在不斷變化,傳統(tǒng)的PID控制的控制效果差,如果在被控對象變化的不同階段采用不同的PID控制就可以實現(xiàn)復雜系統(tǒng)的簡單控制。結合深水環(huán)境被控對象的特點以及PID控制參數(shù)優(yōu)化方法的優(yōu)缺點,本文提出了結合Z-N整定法以及模糊算法的方法對PID控制參數(shù)進行優(yōu)化,即模糊-PID控制方法,先通過模糊算法分析偏差和偏差變化率,在線調整PID控制參數(shù)——比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)的增量,再通過Z-N整定法獲得最終優(yōu)化的參數(shù),實現(xiàn)系統(tǒng)的參數(shù)自調節(jié)模糊-PID控制。

        4 仿真

        本文采用MATLAB/Simulink軟件進行仿真。仿真模型結構如圖2,假設輸入信號為一個正弦信號,在2s的時候加入由階躍信號經(jīng)過加法器構造的持續(xù)時間0.5s的干擾。仿真結果是得到輸入信號受到干擾下情況下原被控模型曲線、只經(jīng)過Z-N整定后的模型曲線、只經(jīng)過模糊算法優(yōu)化后的模型曲線和經(jīng)過模糊-PID控制方法優(yōu)化后的模型曲線,通過對比上升時間和超調來比較快速性和穩(wěn)定性,從而得出MQC對接中ROV位姿PID控制參數(shù)優(yōu)化的最優(yōu)方法。

        首先利用MATLAB得到開環(huán)傳遞函數(shù)的幅值裕量和剪切頻率等參數(shù),再根據(jù)表1求得Z-N整定后的PID控制器的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù),然后在simulink子系統(tǒng)里建立Z-N整定后的PID控制器,如圖3,可獲得只有Z-N整定PID控制的模型曲線。

        而模糊算法子系統(tǒng)中的模糊控制結構如圖4,比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)各有一個調節(jié)器,并設計合理的模糊語言變量,制定模糊規(guī)則,最終得到三個參數(shù)的增量,再經(jīng)過解模糊可以得到最終的輸出,得到模糊算法優(yōu)化后的模型曲線。若同時結合Z-N整定法,則還要與Z-N整定后PID控制器的三個參數(shù)累計求和,如圖5,最后解模糊得到實際輸出,得到模糊-PID控制優(yōu)化后的模型曲線。

        最終得到如圖6所示結果圖。在2s中加入階躍信號干擾后,Z-N整定后的PID控制模型響應速度很快,但是超調很大,穩(wěn)定性能不好,而加入模糊算法的兩種模型則具有很小的超調量,約為Z-N整定模型的10%,穩(wěn)定性能很好,只是響應速度較慢,犧牲了部分動態(tài)性能。而只有模糊算法的模型和模糊-PID控制模型相比,模糊-PID控制模型具有更好的穩(wěn)定性。

        綜上所述,模糊-PID控制優(yōu)化算法可以使模型受到干擾后,以較快地速度響應并具有很好的穩(wěn)定性,是幾種算法中的最優(yōu)方法,符合MQC對接過程中ROV位姿控制的要求。

        5 結論

        本文介紹了基于ROV的MQC對接過程,分析了對接過程中ROV位姿控制的重要性,并介紹了幾種ROV的PID控制參數(shù)優(yōu)化的方法,分析比較了其優(yōu)缺點,最終提出了一種參數(shù)自適應調節(jié)模糊-PID控制方法,理論上能夠實現(xiàn)在復雜多變的深水環(huán)境中,較快速地優(yōu)化PID控制參數(shù),并具有很好的穩(wěn)定性,使得ROV在受到干擾后能夠快速而穩(wěn)定地做出最優(yōu)響應,從而完成MQC對接作業(yè)。

        參考文獻:

        [1]王鳳云,劉立新等. 水下多功能液壓快速接頭的研究概述[J], 機械工程師, 2015.3(5):143–146.

        [2]徐長密. 水下機器人-機械手系統(tǒng)動力學建模及運動控制研究[D].山東:中國海洋大學,2010.

        [3]石振華. PID的自整定控制及其研究[D].內蒙古:內蒙古科技大學,2008. .

        [4]J. M. Larrazabal and M. S. Peňas, “Intelligent rudder control of an unmanned surface vessel,” Expert Syst. Appl., vol. 55, pp. 106–117, 2016.

        猜你喜歡
        模糊PID控制
        基于模糊綜合評判的網(wǎng)絡受損狀態(tài)評估的設計與實現(xiàn)
        從心理邊界剖析曾奇峰的《中國家庭的十種界限不清》
        青年時代(2016年19期)2016-12-30 17:21:28
        內??刂圃诨痣姀S主汽溫系統(tǒng)中的應用
        《計算機測控技術》課程中PID控制部分的教學探討
        常規(guī)PID控制和常規(guī)模糊控制的比較
        一種基于SPWM的逆變電源并聯(lián)運行參數(shù)設計及控制策略仿真
        葛浩文的“模糊” 翻譯
        考試周刊(2016年83期)2016-10-31 12:31:09
        關于多旋翼式飛行器系統(tǒng)的研究
        科技視界(2016年6期)2016-07-12 09:16:47
        新型試驗電源直流降壓斬波系統(tǒng)的PID控制仿真研究
        科技視界(2016年12期)2016-05-25 12:01:14
        西方文學作品中的模糊翻譯策略
        青年文學家(2015年5期)2016-05-09 13:35:42
        内射少妇36p亚洲区| 亚洲熟妇av一区二区三区hd| 国产91色综合久久高清| 国产精品成人3p一区二区三区| 3344永久在线观看视频| 日韩成人精品日本亚洲| 国产农村妇女毛片精品久久麻豆| 狠狠色噜噜狠狠狠狠97首创麻豆| 熟妇丰满多毛的大隂户| 中文字幕久无码免费久久| av有码在线一区二区| 国产亚洲精品国产精品| 欧美放荡的少妇| 亚州精品无码久久aV字幕| 国产精品日本一区二区三区| 精品一区二区av天堂色偷偷| 双腿张开被9个男人调教| 国产丝袜在线精品丝袜不卡| 亚洲国产黄色在线观看| 精品人妻一区二区三区久久| 免费看黄色电影| 亚洲中文欧美日韩在线人| 中文字幕一区二区在线看| 亚洲欧洲av综合色无码| 亚洲男人的天堂在线播放| 国产h视频在线观看网站免费 | 69精品国产乱码久久久| 在线播放免费人成毛片乱码| 日本大片免费观看完整视频 | 亚洲视频在线播放免费视频| 亚洲av男人的天堂一区| 无码少妇精品一区二区免费动态| 国产夫妻av| av男人的天堂第三区| 少妇被又大又粗又爽毛片| 久久久久久久无码高潮| 美腿丝袜一区二区三区| 视频在线观看免费一区二区| 国产精品免费观看久久| 丰满人妻无套中出中文字幕 | 人妻av乱片av出轨|