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   水下機器人涉及結(jié)構(gòu)機械、材料、流體、控制、能源、計算機、水聲等科學(xué)和技術(shù)的諸多領(lǐng)域。它既可用于海洋水文參數(shù)測量、礦產(chǎn)資源勘測、深海生物種群調(diào)查、深海基因獲取等海洋工程，也可用于隱蔽偵查、載荷投送、中繼通信等軍事應(yīng)用，已經(jīng)產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，更具有潛在的應(yīng)用前景。

　　其中水下機器人家族中的載人潛水器可運載科學(xué)家到達深海的海山、熱液、盆地和洋脊等復(fù)雜海底地形進行巡航、懸停、正確就位和定點坐坡作業(yè)，使得人類身臨其境探求深海奧秘的夢想得以實現(xiàn)，也使人類的智慧在深海作業(yè)中得到及時充分的發(fā)揮。因此，深海載人潛水器技術(shù)成為美、俄、法、日等世界各國投巨資爭相研究的熱點。

　　在深海載人潛水器控制系統(tǒng)研究中，兩個最基礎(chǔ)性的控制問題就是如何精確地知道潛水器當(dāng)前的位置，第二個問題就是復(fù)雜海洋環(huán)境下控制參數(shù)如何自動調(diào)整。其中控制系統(tǒng)更是載人潛水器的核心技術(shù)之一。

　　一篇名為“載人潛水器‘蛟龍’號的控制系統(tǒng)研究”的研究論文近期發(fā)表于《科學(xué)通報》2013年第58卷的增刊Ⅱ，從“蛟龍”號控制系統(tǒng)的角度重點研究了其深海高精度導(dǎo)航、復(fù)雜海洋環(huán)境下的控制參數(shù)在線調(diào)整策略，而且還開發(fā)了載人艙內(nèi)綜合信息顯控、水面監(jiān)控、黑匣子數(shù)據(jù)分析和控制系統(tǒng)測試等平臺。成功完成了世界上首次在7000米深度近海底的自動定向、定深、定高、定速和懸停定位5種全自動航行控制功能。領(lǐng)導(dǎo)該研究團隊的是中國科學(xué)院沈陽自動化研究所機器人學(xué)國家重點實驗室王曉輝研究員，主要研究人員包括劉開周、祝普強、趙洋、崔勝國等。

　　與淺水區(qū)域?qū)Ш讲煌幹饕谟?，淺水區(qū)域可以獲得潛水器相對于海底的速度，而且可以按照一定周期/航程浮到水面進行校準(zhǔn)，因此可以獲得較高的導(dǎo)航精度。深海區(qū)域的導(dǎo)航則需要處理聲學(xué)定位所固有的散點多，且觀測周期與控制周期非同步等問題。

　　該研究的創(chuàng)新之處在于提出了無色自適應(yīng)卡爾曼濾波的深海高精度導(dǎo)航定位方法。同時為了克服“蛟龍”號參數(shù)時變、閉環(huán)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的不確定性問題,借鑒專家控制經(jīng)驗,研究了基于模糊原理的控制參數(shù)在線自動調(diào)整的控制策略,以及基于數(shù)論的數(shù)值處理方法以獲得執(zhí)行機構(gòu)的控制量。“蛟龍”號于2009年8~10月、2010年5~7月、2011年7~8月和2012年6~7月分別完成1000,3000,5000和7000米級海上試驗，并于2013年成功完成首次實驗性應(yīng)用，采集了豐富的海底樣品，發(fā)現(xiàn)了新的物種，并且經(jīng)受住了5年70余次的下潛考驗。試驗結(jié)果表明，“蛟龍”號控制系統(tǒng)的功能完善、性能先進、運行穩(wěn)定可靠，同時也標(biāo)志著我國載人深潛技術(shù)和深海資源勘探能力達到國際先進水平。

　　(a)載人潛水器蛟龍?zhí)?b)蛟龍?zhí)柵搩?nèi)控制系統(tǒng)(c)綜合信息顯控(d)水面監(jiān)控

　　該研究也對大深度有人/無人深海裝備的深海高精度導(dǎo)航、復(fù)雜環(huán)境下水下機器人的高精度控制等內(nèi)容的深入研究具有極大的參考價值，此外，對于其他類型海洋工程裝備的研發(fā)也具有重要的借鑒意義。