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第２ｌ卷第４期中国海洋平台・３３・

文章编号：１００１—４５００（２００６）０４—００３３—０３

智能水下机器人的模糊自调整控制方法

常文田，孙玉山

（哈尔滨工程大学，哈尔滨１５０００１）

摘要：建立了水下机器人运动的模糊自调整控制器，并将其应用于水下机器人的运动控

制中，仿真结果表明该控制器的控制效果令人满意。

关键词：水下机器人ｆ参数自调整；模糊控制

中图分类号：ＴＰ２４２文献标识码：Ａ

１引言

水下机器人动力系统是非线性的，时变的，其水动力系数通常很难准确估计或由试验测定，而且，各个自

由度的运动相互耦合，其耦合情况既难于定性描述，更难于定量表达。甚至在很多情况下，给定的任务要求

机器人负载可变，例如铺设管道，布雷，援潜救生等。变化的负载以及变化的海洋环境使机器人的质量、质

心、浮心等发生变化。水下机器人在海洋中航行，将受到各种各样的干扰因素的影响，在深水中、近海底或靠

近障碍物时，其所受到的水动力各不相同。对于深水航行的水下机器人来说，海流的影响是很大的，而风和

浪一般不予考虑。海流是一个未知的或无法预先输入的参数，而且，直接测量海流是十分困难的。总之，水

下机器人是一个强非线性系统，而且，考虑到运动的时变性、环境的复杂性和不确定性，建立精确的水下机器

人运动模型是不可能的，也是不现实的。所以，水下机器人控制系统的设计必须考虑非线性问题。

基于模糊逻辑的模糊控制器，其设计是以人对系统的知识和经验为依据的，并不依赖于系统精确的数学

模型。模糊控制器在水下机器人运动控制中的应用矗效果表明：模糊控制器易于实现对不确定性系统及

强非线性系统的有效控制，对过程及模型变化有较强的鲁棒性，抗干扰能力也较强。但是模糊控制由于量化

误差的存在，常常会引起稳态误差颤震现象，这在水下机器人的精确定位中是不允许的。为此，本文介绍一

种基于参数自调整的在线插值模糊控制器，将它应用于水下机器人回收运动控制中，仿真结果表明，系统具

有良好的动静态特性，达到了预期的效果。

２参数自调整在线插值模糊控制器的设计

２．１模糊自调整控制方案

由于常规模糊控制器需对误差Ｅ和误差变化ＥＣ进行量化取整，由此产生的量化误差是影响稳态性能

的根源。为了降低此影响，可以在稳态附近调整量化因子，使模糊输入的量化更细。但过细的划分带来的是

计算量的增大，这在响应的动态过程中也是不必要的。因而可以采取在线调整模糊控制器的量化因子和比

例因子的做法，使其具有较好的动态性能和稳态性能。参数自调整模糊控制器结构如图１所示。

调整量化因子和比例因子的方法具有意义明确、效果明显、容易实现的优点。本文以当前节拍的输入量

为参照，对量化因子ｋ，ｋ；和比例因子ｋ进行调整，使控制器具有对环境的自适应能力，具有较好的动态和

稳态性能。忌对系统动、静态性能影响较大，从系统输出来看调节ｋ的效果比较明显，并且最终也能起到影

响ｋ，和ｋ；的作用。因而采用在线自调整ｋ能够收到很好的控制效果，并且不会使系统过于复杂而影响实

收稿日期：２００６—０６—０１

作者简介：常文田（１９６７一），男，工程师。从事自动控制研究。