作者/ 杨建华1 田守业2 1.西安工业大学 电子信息工程学院(陕西 西安 710072) 2.中国人民解放军92474部队(海南 三亚 572018)
摘要：本文针对水下机器人(Remote Operated Vehicle)的功用和操控需求，树立了ROV运动学模型，规划了ROV闭环定向操控体系。根据PID操控办法，进行了Simulink数学仿真和模仿闭环仿真，计算机仿实在验标明，体系能够较快地安稳到设定值，能够满意对ROV定向操控的要求，航向闭环模仿实验验证了操控体系的可靠性。
导言
现在，世界上各大国家都在大力发展海洋工作。但海洋中存在各种不确定和不知道要素，水下机器人因其体积小、安全性高、作业深度大、飞行时间长等特色成了代替人类作业最好的东西。在海洋开发中得到了广泛应用。水下机器人是一个强非线性体系，各个自在度的运动彼此耦合，别的，因为ROV在水下的重力、浮力和推进器装置状况不知道，给操控器的规划带来困难[1]。树立ROV遍及、标准、有用的数学模型是对其进行操控研讨的条件。数学模型过于杂乱会导致操控体系的杂乱，完成难度较大;而模型过于简略，则不能反映体系实在的运动进程，导致其操控功用的下降[2]。尽管在ROV飞行进程中，各自在度的运动会产生彼此耦合现象，但针对ROV操作的功用需求，在实践操控时，能够尽量防止水平缓笔直方向的联动操作。尽管ROV各个自在度的推力与推力器宣布的力之间的联系一般都不杂乱,但仍存在差异[3]。能够进行各个自在度解耦，而在每一个自在度上规划一个操控器，然后再经过推力分配，完成对ROV的飞行操控。本文以定向操控为要点，研讨了操控器的规划进程，并对操控效果进行仿真和模仿验证。
1 ROV运动学模型树立
1.1 参阅坐标系
为了详细地描绘ROV的运动，需求树立合适描绘ROV运动的坐标系[4]。一般树立两种坐标系：固定坐标系
和运动坐标系
。
固定坐标系的原点E为海面或许海中的恣意一点，η轴指向地舆东，
轴指向地舆北，
轴指向地心，如图1所示。运动坐标系的原点一般取为ROV上的一点，x轴与ROV主对称轴共同，y轴与ROV辅佐对称轴共同，z轴依照右手定则选取，如图1所示。
因为运动坐标系不是惯性坐标系，在剖析ROV运动状况的时分，应当先在地上坐标系中树立运动方程，然后转化到运动坐标系中。地上坐标系到运动坐标系转化的改换矩阵为[5]：
1.2 空间运动方程
ROV在水下做6自在度的空间运动，详细界说如下[6]：进退：沿x轴正向为行进，沿x轴反向为撤退;侧移：沿y轴正向为右移，沿y轴反向为左移;潜浮：沿z轴正向为下潜，沿z轴反向为上浮;反转：以z轴为中心的滚动，艏向右转为正，左转为负;横摇：以x轴为中心的滚动，右倾为正，左倾为负;纵倾：以y轴为中心的滚动，抬艏为正，反之为负。水下机器人在6个自在度上的运动方程为[7]：
疏忽彼此笔直面内的运动耦合，运动方程可化简为[8]：
假如ROV重心和运动坐标方程原点重合，则其运动方程又可化简为：
2 水下机器人航向闭环操控体系规划及仿实在验
2.1 航向闭环操控结构
航向操控体系的功用是坚持水下机器人的航向角稳定，操控回路选用罗经作为反应传感器，以罗经测出的实践航向角和设定航向角的误差
作为闭环输入，经过PID调节后输出操控电机的电压
，叠加至上位机操作组织宣布的进退、横移飞行指令上，然后经推力分配环节和限幅后，输出至各直流电机，效果于水下机器人载体，使它坚持设定的航向，回路操控结构如图2所示。
2.2 ROV转向运动传递函数
ROV水平面内推进器为环形散布，在进行航向调节时，假定推进器输出的推力巨细相同，力矩的效果方向相同，总的推力矩可表示为：
