邓 旭

（上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240）

0 引言

水下机器人在海洋资源探索、海底地形测绘以及军事战备等领域均具有很高的应用价值。而推进器是驱动水下机器人运动的关键设备[1]，对水下作业的精度有很大的影响，推进设备包括电机推进、液压推进、喷射推进、仿生推进、滑翔推进、磁流体推进和混合推进7 种[2]。作为最常用的推进系统，电机推进以电机作为驱动源，带动螺旋桨转动，产生推力。大型或者对操纵要求高的水下机器人，往往会配备多个电机推进器构成一个矢量推进系统，以保证提供足够的驱动力或者灵活的操纵。同时，现在多数水下机器人引入闭环控制算法实现自主运动控制，多数针对水下机器人的控制器输出均为广义力/力矩。而在实际工程应用中，直接输出到推进器系统的是控制信号（PWM 信号或者模拟电压信号）[3]，并不能直接对推进系统输入广义力和力矩。现在常用的方式为映射求解方法，即对推进器推力和控制电压的关系进行拟合，通过所需的推力值求解计算得到推进器需要的控制电压，且认为推进器的推力响应是瞬时完成的而忽略了推进器的动态特性[4]。

一些学者针对水下推进系统的响应特性展开了研究工作。1990年，YOERGER 等[5]最先研究了推进器特性对水下机器人运动的影响，针对转矩控制的推进器，在考虑进速的情况下，建立了推进器的动力学模型，并且设计了三种控制器进行转速跟踪控制。……