水下機(jī)器人涉及結(jié)構(gòu)機(jī)械、材料、流體、控制、能源、計(jì)算機(jī)、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(cè)量、礦產(chǎn)資源勘測(cè)、深海生物種群調(diào)查、深?；颢@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(jì)效益和社會(huì)效益，更具有潛在的應(yīng)用前景。

 

　　其中水下機(jī)器人家族中的載人潛水器可運(yùn)載科學(xué)家到達(dá)深海的海山、熱液、盆地和洋脊等復(fù)雜海底地形進(jìn)行巡航、懸停、正確就位和定點(diǎn)坐坡作業(yè)，使得人類身臨其境探求深海奧秘的夢(mèng)想得以實(shí)現(xiàn)，也使人類的智慧在深海作業(yè)中得到及時(shí)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(guó)投巨資爭(zhēng)相研究的熱點(diǎn)。

 

　　在深海載人潛水器控制系統(tǒng)研究中，兩個(gè)最基礎(chǔ)性的控制問(wèn)題就是如何精確地知道潛水器當(dāng)前的位置，第二個(gè)問(wèn)題就是復(fù)雜海洋環(huán)境下控制參數(shù)如何自動(dòng)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(hào)的控制系統(tǒng)研究”的研究論文近期發(fā)表于《科學(xué)通報(bào)》2013年第58卷的增刊Ⅱ，從“蛟龍”號(hào)控制系統(tǒng)的角度重點(diǎn)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(cè)試等平臺(tái)。成功完成了世界上首次在7000米深度近海底的自動(dòng)定向、定深、定高、定速和懸停定位5種全自動(dòng)航行控制功能。領(lǐng)導(dǎo)該研究團(tuán)隊(duì)的是中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所機(jī)器人
學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王曉輝研究員，主要研究人員包括劉開周、祝普強(qiáng)、趙洋、崔勝國(guó)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(duì)于海底的速度，而且可以按照一定周期/航程浮到水面進(jìn)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(diǎn)多，且觀測(cè)周期與控制周期非同步等問(wèn)題。

 

　　該研究的創(chuàng)新之處在于提出了無(wú)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(shí)為了克服“蛟龍”號(hào)參數(shù)時(shí)變、閉環(huán)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的不確定性問(wèn)題, 借鑒專家控制經(jīng)驗(yàn), 研究了基于模糊原理的控制參數(shù)在線自動(dòng)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(jī)構(gòu)的控制量。“蛟龍”號(hào)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(jí)海上試驗(yàn)，并于2013年成功完成首次實(shí)驗(yàn)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(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，“蛟龍”號(hào)控制系統(tǒng)的功能完善、性能先進(jìn)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，同時(shí)也標(biāo)志著我國(guó)載人深潛技術(shù)和深海資源勘探能力達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

 

　　該研究也對(duì)大深度有人/無(wú)人深海裝備的深海高精度導(dǎo)航、復(fù)雜環(huán)境下水下機(jī)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(jià)值，此外，對(duì)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。