摘 要

海洋是人类生存和可持续发展的重要领域，海洋的利用已成为决定国家综合国力的基本因素之一。1994年“联合国海洋法公约”生效，一个新的名词产生——海洋国土。这件重大发展使得海洋对一个国家未来的综合国力的发展有着重大的影响，海洋的开发和使用等权利越发重要，逐渐成为了世界各国视野中的焦点，海洋的战略地位逐步提高。也因此世界各国对海域边疆的控制更加严格，海内资源的争夺也越发激烈。海洋监测技术是海洋科学研究与海洋资源探索的重要保证。水下航行器（AUV）是目前各国海洋探测与采集数据的主要使用工具。

文中首先介绍了国内外目前关于无人水下航行器国内外的发展现状，并对AUV的运动控制系统结构和控制算法进行了简单的介绍。之后以鱼雷式水下航行器为例，介绍了水下航行器的分类和各系统组成。第三章重点讲解了水下航行器的制导控制系统的原理和对AUV的俯仰、航向等姿态的控制方法。随后本文详细的讲解了PID控制调节和模糊控制调节的各自的优缺点，并提出将其两种控制方式结合的设想。最后，借助已有知识以及未解决的问题，笔者对未来水下航行器的发展前景和展望做出了相关的研究和设想。

关键词：水下航行器；AUV运动控制；PID调节；

Abstract

Ocean is an important area of human survival and sustainable development, the use of the ocean has become one of the basic factors to determine the national comprehensive national strength. The entry into force of the United Nations Convention on the Law of the Sea in 1994 resulted in a new concept of maritime land, greatly enhanced the significant impact of the oceans on the fate of the country and improved the strategic position of the oceans and made oceanic interests, maritime development and the marine environment universal attention The focus. At the same time, the struggle for marine land, sea resources and maritime access is becoming increasingly fierce. Marine monitoring technology is an important guarantee for marine scientific research and exploration of marine resources. The underwater self-propelled vehicle (AUV) is the platform for marine monitoring equipment and is the key to acquiring ocean monitoring data.

In this paper, the present situation of the development of unmanned underwater vehicle at home and abroad is introduced, and the structure and control algorithm of AUV motion control system are briefly introduced. After the torpedo underwater vehicle, the classification of the underwater vehicle and the composition of the system are introduced. The third chapter focuses on the principle of guidance control system for underwater vehicle and the control method of attitude and attitude of AUV. Then this article explains in detail the advantages and disadvantages of PID control adjustment and fuzzy control adjustment, and put forward the idea of ​​combining two kinds of control methods. Finally, with the help of existing knowledge and unresolved issues, the author of the future development of underwater vehicle prospects and prospects to make the relevant research and ideas.

Key words: underwater vehicle:AUV ;motion control; PID regulation;

目录

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2自主式水下航行器国内发展现状 1

1.3自主式水下航行器国外发展现状 3

1.4 AUV运动控制系统的结构 5

1.5 AUV的运动控制算法 6

1.6本章小结 8

第二章 水下航行器的基本介绍 9

2.1水下航行器的定义与分类 9

2.2水下航行器系统组成 10

2.3鱼雷式自主航行器本体结构 12

2.4本章小结 13

第三章 AUV的运动控制系统与导航 14

3.1导航子系统 14

3.2导引子系统 16

3.3控制子系统 16

3.4本章小结 17

第四章AUV的运动控制技术 18

4.1数字PID算法的实现 18

4.1.1驱动电机的控制策略 19

4.2模糊控制 20

4.2.1模糊控制器结构 20

4.2.2 PID模糊控制结合的设想 21

4.3本章小结 21

第五章 本文总结与AUV的发展 22

5.1本文总结 22

5.2AUV的技术发展重点 22

参考文献 24

致谢 26

第一章 绪论

1.1引言

水下无人航行器（AUV）是一种综合了人工智能和其他世界先进技术的任务控制器，综合了潜水器、各类传感器、计算机软件、能源与供电、推进和线路、新材料与新工艺等世界领先的技术。自主式水下航行器（AUV）是水下无人航行器的一种，早在70年前，世界上有些国家运用UUV来进行海上石油与天然气的采集与开发等。当时在军事上用来打捞失效的设备武器。1990年以后，计算机信息技术、人工智能、GPS导航设备、软件开发技术、材料结构的制造技术等发展迅速，自主式的水下航行器AUV也有了很大的发展。自主式的水下航行器没有的缆绳的限制，在下水运行的更加便利灵活，AUV的发展前景也因此得到了更多发达国家的政府部门支持与重视。

在军用方面，未来的战争焦点应该是远距离甚至是全球性的炮弹打击和信息战争，而我们的自主式水下航行器可以完成以下几项任务：

1. 水下侦查。可以凭借着水中难以发觉的优势，进行对地方情报的探测。
2. 巡航护卫。海域里有海警，利用水下航行器可以进行对海域的控制封锁，已经布置石油开采设备和通讯网络设备等。

在民用方面，自主式水下航行器可以被利用来进行海洋资源的收集与开发、例如获取水底的地脉特征进行布置设备开采矿石、捕鱼等。还可以对水坝、水下管道等复杂维修建设困难的设备进行例行检查与维护。在特殊情况下还可以利用水下航行器进行水下打捞失物甚至救人。