第1章 水下机器人概述 1
1.1水下机器人的相关概念 1
1.2水下机器人研究概况 3
1.2.1缆控水下机器人（ROV）研究概况 4
1.2.2自治水下机器人（AUV）研究概况 7
1.2.3国内水下机器人研究概况 12
1.3水下机器人的组成 13
1.3.1水下机器人的硬件系统 13
1.3.2水下机器人的导航与通信系统 20
1.3.3水下机器人的控制系统 22
1.4水下机器人技术研究展望 24
1.4.1水下机器人的可靠性技术 25
1.4.2水下机器人的能源动力技术 26
1.4.3水下机器人的水下目标探测与识别技术 27
1.4.4水下机器人的导航定位与水下通信技术 28
1.4.5自治水下机器人的水下路径规划与安全避障技术 29
1.4.6水下机器人的运动控制技术 31
1.4.7水下机器人的其他技术 32
参考文献 33
第2章 水下机器人控制技术 36
2.1水下机器人的运动学基础 36
2.1.1坐标系及坐标变换 36
2.1.2水下机器人空间运动数学模型 40
2.2水下机器人的动力学基础 44
2.2.1水动力和力矩 45
2.2.2推进器的推力和推力矩 48
2.2.3浮力、重力和浮力矩、重力矩 49
2.2.4外部扰动力 49
2.2.5水下机器人空间动力学运动方程 49
2.3水下机器人的推进器布置 52
2.3.1推进器的数量与布置要求 52
2.3.2几种常见推进器的布置及推力计算 53
2.4水下机器人的基本控制回路 58
2.4.1自动定深回路和自动定高回路 58
2.4.2自动定向控制回路 59
2.4.3航行速度与定位控制回路 60
2.5水下机器人的闭环控制算法 61
2.5.1数字PID控制算法 61
2.5.2自适应控制算法 64
2.5.3滑模控制算法 65
2.5.4模糊控制及神经网络控制算法 69
参考文献 73
第3章 故障诊断与容错控制技术 75
3.1故障诊断与容错控制的目的与意义 75
3.2故障诊断方法 77
3.2.1故障诊断方法分类 77
3.2.2基于知识的故障诊断方法 78
3.3容错控制技术 86
3.3.1容错控制的基本概念 86
3.3.2容错控制的方法 86
3.4水下机器人故障诊断与容错控制 87
3.4.1水下机器人故障诊断方法 88
3.4.2水下机器人容错控制技术 91
3.4.3水下机器人故障诊断与容错控制技术展望 94
参考文献 95
第4章 水下机器人传感器故障诊断 102
4.1水下机器人的主要传感器及其故障 102
4.1.1导航与定位系统传感器 102
4.1.2姿态与位置传感器 103
4.1.3附属装置传感器 103
4.2有限脉冲响应滤波器故障检测算法 103
4.2.1水下机器人的有限脉冲响应滤波器模型 103
4.2.2水下机器人的传感器故障检测算法 105
4.3 OUTLAND1000水下机器人实验系统 107
4.3.1 OUTLAND 1000传感器与推进器 107
4.3.2 OUTLAND1000通信系统与水面支持系统 107
4.4基于FIR的传感器故障诊断算法与水池实验 109
4.4.1 OUTLAND1000方向传感器（罗经）故障设定及实验 110
4.4.2 OUTLAND1000方向传感器故障检测及实验分析 114
4.4.3传感器时变性故障诊断的实验及结果 119
参考文献 123
第5章 水下机器人传感器故障容错控制 125
5.1基于FIR的阈值故障检测与容错控制 125
5.1.1 OUTLAND1000状态阈值故障检测与容错控制设计 127
5.1.2 OUTLAND1000阈值故障检测与FIR替换容错实验结果分析 127
5.2基于FIR信噪比的故障检测与神经网络信号逆推容错控制 131
5.2.1 OUTLAND1000FIR信噪比故障检测与容错控制设计 131
5.2.2 OUTLAND1000FIR信噪比故障检测与容错实验结果分析 134
5.3传感器时变故障的神经网络信号逆推容错控制 137
参考文献 138
第6章 水下机器人推进器故障诊断与容错控制 140
6.1神经网络故障辨识模型 141
6.1.1 SOM自组织特征映射神经网络 141
6.1.2 BP神经网络 143
6.1.3 CMAC神经网络 144
6.2水下机器人推进器故障在线辨识信息融合算法 150
6.2.1 OUTLAND 1000推进器布置 150
6.2.2 OUTLAND1000推进器故障诊断信息融合模型 151
6.3推进器故障在线辨识实验结果分析 156
6.3.1神经网络在线辨识实时性分析 157
6.3.2神经网络在线辨识准确性分析 159
6.4推进器拥堵故障的容错控制及水池实验 161
6.4.1单参数容错 162
6.4.2双参数控制容错 163
6.4.3容错控制实验结果分析 163
参考文献 165
第7章 水下机器人故障诊断与容错控制仿真 167
7.1 FALCON推进器的配置 167
7.1.1推进器推力分配 169
7.1.2推进器故障与优先权矩阵 171
7.2推进器故障诊断与容错控制模型 172
7.3推进器单故障诊断与容错控制仿真 173
7.3.1仿真算例 173
7.3.2推进器故障与容错控制结果分析 175
7.4推进器多故障诊断与容错控制仿真 180
7.4.1 URIS水下机器人推进器配置与控制方程 180
7.4.2双故障仿真算例 182
7.5基于遗传算法的推进器故障的容错控制律重构仿真研究 186
7.5.1推进器控制律伪逆重构算法 186
7.5.2控制矩阵重构的遗传算法优化 188
7.5.3控制律重构结果分析比较 190
参考文献 200
第8章 水下机器人故障诊断与容错装置开发 202
8.1基于DSP的水下机器人故障诊断与容错控制器 202
8.1.1 DSP硬件电路设计 202
8.1.2 DSP故障检测控制仪软件 208
8.1.3 DSP故障检测控制仪研制中的难点 214
8.2基于单片机的水下机器人故障诊断与容错控制器 215
8.2.1系统硬件电路设计 215
8.2.2系统软件设计 220
参考文献 224