CN107577158A - 水下作业级rov的导航仿真***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水下机器人控制技术领域，具体涉及一种水下作业级ROV的导航仿真***及其使用方法。本发明为了解决现有的控制技术多个传感器发生故障时，工程人员无法快速找到问题发生的部位并了解***的整体运行情况，并且没有校正***接收的控制信号，使输出信号不稳定的问题，本发明的导航仿真***包括下位机和上位机，所述下位机用于模拟数据采集处理并对水下的ROV下达控制指令，所述上位机用于数据的分析与显示，本发明的控制方法采用卡尔曼滤波算法进行姿态解算；并利用上位机后台算法对水下作业级ROV的控制面板输入的信号进行降噪，滤波，补偿等处理，对输出信号进行PID等控制信号校正，本发明可用于实现海洋油管修补等高难度水下作业。
Description
技术领域
本发明涉及水下机器人控制技术领域，具体涉及一种水下作业级ROV的导航仿真***及其使用方法。
背景技术
由于ROV技术的快速发展，ROV的结构逐渐走向成熟化，产业化。在环境恶劣，水文条件多变的海洋中水面通过脐带缆输送电力及控制信号，ROV返回当前状态的各项参数并执行控制信号。ROV***上位机通过收集水下上传上来的导航协议数据并解码出当前数据指代的各项参数而后显示在主控面板上，除了收集各项参数外，ROV的***上位机还担负着数据处理参数校正等职责。由此可见自动化辅助***已经担负大量数据处理的任务。但是，ROV导航***数据收集于ROV全身各处重要节点的传感器，无法轻易拆卸或移动，因此，用相同的传感器在ROV外部搭建ROV导航仿真***，可以在不启动ROV的前提下让仿真***与上位机直接连接获取实验数据并调试参数。
此外，ROV现今还属于半自动控制领域的范畴，人机配合决策仍然是当前ROV产业界急需解决的问题，ROV的使用需要建立在有大量熟练工人以及经验丰富的工程师的前提下，使用ROV仿真***可以快速低成本的实现技术人员培训，在复杂的实际水下问题出现之前先在仿真***中找到相应解决办法。最后，让ROV根据工程技术人员的预想顺利完成作业任务，实现海洋油管修补等高难度水下作业。
现有的ROV***上位机多使用数据+虚拟仪表的显示方式，这种显示方式的优点在于显示的数据精准，工程人员可以准确的掌握每一个传感器采集的数据并加以分析。但是，以此种显示方式，数据量庞大，当水下设备发生问题时，往往多个传感器数据同时出错，使工程人员无法快速找到问题发生的部位并了解***的整体运行情况。因此，为作业级ROV***提供一种形式的更加直观的导航仿真上位机势在必行。
发明(申请号：CN201120405437.5)***中并没有对***接受的人为控制输入信号加以校正，会导致***输出信号不稳定，非线性问题也没有给出解决方法。
发明内容
本发明针对上述问题，提出一种形式的更加直观、且能对人为控制输入信号进行校正的导航仿真***。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：水下作业级ROV的导航仿真***，包括下位机和上位机，所述下位机用于模拟数据的采集和处理；下位机为一个ROV模型，包括加速度计、陀螺仪、磁罗盘、气压计和核心控制器，所述加速度计、陀螺仪和磁罗盘用于采集模拟ROV状态信息，所述气压计通过测量的气压值得到高度信息，模拟水下作业级ROV中的深度计测量的深度信息；所述核心控制器包括GPIO端口，数模转换模块，用于模拟水下作业级ROV的操控台，处理加速度计、陀螺仪和磁罗盘采集的ROV模型状态信息并将其传递给上位机；所述ROV模型外部结构包括转动部件和固定部件，转动部件包括第一螺旋桨、第二螺旋桨、第三螺旋桨、第四螺旋桨、第五螺旋桨、第六螺旋桨、第七螺旋桨、七自由度机械臂和五自由度机械臂；固定部件包括电子舱、油箱和机架；
所述上位机用于数据的分析与显示并对水下的ROV下达控制指令；上位机包括数据处理模块和虚拟仪表，所述数据处理模块用于将模拟ROV状态信息反馈数据进行汇总并整理成直观的仪表数据，用于显示模拟ROV状态和深度信息。
进一步地，所述加速度计为三轴加速度计，所述陀螺仪为三轴陀螺仪。
进一步地，所述核心控制器采用集成控制芯片。
在上述的水下作业级ROV的导航仿真***上实现的控制方法，具体步骤包括：
步骤a、下位机利用核心控制器内部的GPIO端口和数模转换模块，通过I2C数据通信协议完成加速度计、陀螺仪、磁罗盘和气压计的数据信息采集任务；
步骤b、下位机采用卡尔曼滤波算法进行姿态解算，得出三轴欧拉角数据、高度数据、磁罗盘通过矫正罗盘倾角以及排除硬磁干扰后输出航向角数据；
步骤c、核心控制器对步骤a和步骤b中采集的数据进行降噪处理，再对处理后的数据进行通信协议数据编码；
步骤d、上位机首先启动主界面***，开启三维图形引擎以及虚拟仪表图形控件，在工作人员设置好串口通信端口与实时通讯波特率后，再开启串口通讯进行数据通信；
步骤e、上位机接收到下位机发送的数据后进行解码，以数据报文的头帧开始一段数据的录入，以尾帧校验位结尾数据的解码，判断校验位数据是否正确，如果：
是，保留此帧数据，检验下一帧数据；
否，跳过此帧数据，检验下一帧数据；
步骤f，将解码后的数据与已经设计好的虚拟仪表和ROV模型进行数据匹配与位置标定，然后显示输出当前的所有的状态信息和控制信息；
步骤g、根据虚拟仪表上所显示的ROV模型，操控水下作业级ROV完成作业。
进一步地，在步骤c中，以上位机和下位机约定好的头帧开始数据报文的编码，以每个数据内容占用4个字节的形式编码发送的数据报文，最后以数据校验位作为尾帧，校验方式使用串口奇偶校验模式，完成数据编码。
进一步地，在步骤d中，利用RS232串口数据通信协议与RS485通信协议，进行下位机与上位机实施快速准确的查询式通信，进行数据上传与交换。
进一步地，在步骤d中，选用WPF作为三维图型控制引擎，进行图型的格式转化，WPF中使用XAML语言进行图型结构搭建，灯光效果渲染，ROV模型动态控制以及3D虚拟相机的设置；三维图型控制引擎通过核心公共接口API的方式调用DLL文件实现显示；ROV模型的三轴姿态控制方式为：利用WPF虚拟图型的成像原理，令ROV模型静止，3D虚拟相机虚拟底片焦距点只设置虚拟相机的一倍焦距与二倍焦距的放大区间，利用3D虚拟相机进行绕ROV模型的X1、Y1和Zn轴的360°转动，间接实现ROV模型旋转运动。
进一步地，在步骤d中，3D虚拟相机在坐标系内绕Zn轴的三维旋转矩阵为：
3D虚拟相机在坐标系内绕Xn轴的三维旋转矩阵为：
3D虚拟相机在坐标系内绕Yn轴的三维旋转矩阵为：
3D虚拟相机三轴欧拉角旋转公式：
其中，表示绕载体坐标系Zn轴旋转的偏航角，θ表示绕载体坐标系Xn轴旋转的俯仰角，γ表示绕载体坐标系Yn轴旋转的俯仰角，Xb，Yb，Zb表示三维空间内载体坐标系，Xn，Yn，Zn表示三维空间导航坐标系，为为由载体坐标系变换到导航坐标系的余弦矩阵，为由导航坐标系变换到载体坐标系的余弦矩阵。
进一步地，所述步骤g中，上位机后台算法对水下作业级ROV的控制面板输入的信号进行降噪，滤波，补偿等处理，提取出有利于操控员控制设备的主要特征，同时对输出信号进行PID等控制信号校正使输出更加平滑且线性提高模拟ROV***的可控性。
信号降噪处理采用滑动均值滤波器，滤波器输出y(t)为：
式中，f(x)是滤波器输入，T0是滑动滤波时间长度，t是时间函数。
输出补偿处理方式采用数字PID控制器校正，***输出u为：
其中，Kp为***放大比例系数，e为***输入偏差，Tl为***比例积分时长，TD为***比例微分时长，u0为***初值。
本发明的有益效果是：
第一，本发明的水下作业级ROV的导航仿真***采用ROV模型与虚拟仪表替代了原有的仪表加数据的显示方式，使技术人员可以快速并直观的了解水下ROV***的当前姿态角度，深度，速度，航向，机械臂位置等信息；
第二，本发明的水下作业级ROV的控制方法，采用卡尔曼滤波算法进行姿态解算，得出三轴欧拉角数据，高度数据，磁罗盘通过矫正罗盘倾角以及排除硬磁干扰后输出航向角数据，能够获得更优的***姿态的数据，使导航姿态***的性能得到提升；
第三，本发明的水下作业级ROV的控制方法，利用上位机后台算法对水下作业级ROV的控制面板输入的信号进行降噪，滤波，补偿等处理，提取出有利于操控员控制设备的主要特征，同时对输出信号进行PID等控制信号校正使输出更加平滑且线性提高模拟ROV***的可控性。
附图说明
图1本发明的水下作业级ROV的导航仿真***下位机内部器件连接图；
图2本发明的水下作业级ROV的导航仿真***外部结构立体图；
图3本发明的水下作业级ROV的导航仿真***外部结构的后视图；
图中：1-第一螺旋桨，2-第二螺旋桨，3-第三螺旋桨，4-第四螺旋桨，5-第五螺旋桨，6-第六螺旋桨，7-第七螺旋桨，8-五自由度机械臂，9-七自由度机械臂，10-电子舱，11-机架，12-油箱，13-机架；
图4本发明的水下作业级ROV的控制方法的流程图；
图5本发明的水下作业级ROV的控制方法中的虚拟仪表控制流程图；
图6本发明的水下作业级ROV的控制方法中3D虚拟相机绕ROV模型转动示意图；
图7本发明的水下作业级ROV的导航仿真***上位机的控制页面；
图8本发明的水下作业级ROV的导航仿真***上位机的数据通信页面。
具体实施方式
具体实施方式1：结合图1～图3说明本实施方式，本实施方式的水下作业级ROV的导航仿真***整体结构，包括：下位机和上位机，所述下位机用于模拟数据的采集处理，下位机为一个ROV模型，内部器件连接结构如图1所示，包括加速度计、陀螺仪、磁罗盘、气压计和核心控制器，所述加速度计、陀螺仪和磁罗盘用于采集模拟ROV状态信息，所述气压计通过测量的气压值得到高度信息，模拟水下作业级ROV中的深度计测量的深度信息；所述核心控制器包括GPIO端口和数模转换模块，用于处理传感器采集的模拟ROV状态信息并将其传递给上位机；本实施方式的下位机部分使用恩智浦公司(NXP)的MK60N512VLL10系列集成控制芯片作为核心控制器；通过使用单片机内部的集成的硬件I2C通信协议与InvenSense公司的MPU6050六轴惯性传感器模拟采集水下ROV***三轴陀螺仪与三轴加速度计数据，数据采集速度全部采用400k/s的标准I2C通信速率；磁罗盘选用霍尼韦尔公司的HMC5883L三轴数字罗盘，由于水下ROV***的使用深度计和高度计无法在空气中使用，本发明选用MEAS公司的MS5611气压计测量的高度信息来模拟水下ROV深度计测量的海床的高度信息；所述ROV模型外部结构立体图和后视图分别如图2和图3所示，包括转动部件和固定部件，转动部件包括第一螺旋桨、第二螺旋桨、第三螺旋桨、第四螺旋桨、第五螺旋桨、第六螺旋桨、第七螺旋桨、七自由度机械臂和五自由度机械臂；固定部件包括电子舱、油箱和机架；
所述上位机用于数据的分析与显示并对水下的ROV下达控制指令；所述上位机包括数据处理模块和虚拟仪表，所述数据处理模块用于将ROV模型状态信息反馈数据进行汇总并整理成直观的仪表数据，所述虚拟仪表包括虚拟航向表、虚拟深度计、ROV模型的姿态信息和位置坐标，用于显示ROV模型状态和深度信息，本实施方式的虚拟仪表使用winform平台的C#语言开发，航向表和深度计是海上行驶的船舶，潜水器等航海设备必不可少的功能仪表，上位机的航向表使用虚拟仪表设计思路进行绘制，下位机解算后的磁罗盘数据会受到罗盘倾角带来的测量误差，通过误差补偿算法以及硬磁材料干扰校正后，才能得出当前真正的航向数据而后上传至上位机数据库，此外，虚拟航向表使用“定指针动表盘”的反向设计思路，不断当数据进入到空间中，指针作为背景图，始终保持不动，表盘根据数据的数值不断变化刷新，从观察者的角度看，只需盯住指针上一点的数值即可了解当前的航向数据，不需要看全整个表盘，这样的设计既美观又增加了实用性。
本实施方式的上位机采用Visual Stdio 2010开发环境下的C#语言进行上位机开发，上位机***可以将所有的反馈数据进行汇总并整理成直观的仪表数据，这样不仅可以便于我们观察当前ROV在水下各项参数指标的变化，还可以模拟通过上位机软件直接对水下的ROV下达指令并执行，模拟人为干预控制效果达到高度仿真的目的，本实施方式的3D软件开发设计使用3D机械设计零件开发平台SolidWorks，本发明采用1:1全尺寸设计。
具体实施方式2：结合图4～图8说明本实施方式，在具体实施方式1的水下作业级ROV的导航仿真***上实现的控制方法流程如图4所示，具体步骤包括：
步骤a、下位机装置利用核心控制器内部的GPIO端口和数模转换模块，通过I2C数据通信协议完成加速度计、陀螺仪、磁罗盘和气压计的数据信息采集任务；
步骤b、当下位机采集到以上数据信息后，采用卡尔曼滤波算法对ROV模型当前的姿态，航向，高度的解算，在导航姿态***的数据融合方案中，普通的通过互补滤波可以获得较为稳定的姿态和航向信息，但是由于互补滤波的比例项为固定值，因此数据融合后解算得到的角度并不是***这一时刻的最优解，同时互补滤波收敛速度较慢，因此，本实施方式采用卡尔曼滤波算法进行姿态解算，得出三轴欧拉角数据，高度数据，磁罗盘通过矫正罗盘倾角以及排除硬磁干扰后输出航向角数据，能够获得更优的***姿态的数据，使导航姿态***获得更好的性能。
步骤c、步骤a和步骤b中采集的数据经核心控制器进行降噪处理，再对处理后的数据进行通信协议数据编码；
步骤d、上位机首先启动主界面***，开启三维图形引擎，以及虚拟仪表图形控件，工作人员在如图8所示的数据通讯页面设置好串口通信端口与实时通讯波特率后，开启串口通讯，进行数据通信；
步骤e、解码上位机发送的数据，以数据报文的头帧开始一段数据的录入，以尾帧校验位结尾数据的解码，判断校验位数据是否正确，如果：
是，保留此帧数据，检验下一帧数据；
否，跳过此帧数据，继续检验下一帧数据；
步骤f、用解码后的数据与虚拟仪表和三维模型的引擎进行数据对接，进行数据显示，虚拟仪表控制流程如图5所示，具体步骤为：
步骤f1、设置虚拟仪表属性；
步骤f2、绘制背景页面，并开始获取数据；
步骤f3、判断是否有数据输入，如果：
是，则根据输入的数据绘制前景界面；
否，则保持当前状态，等待数据输入；
步骤f4、如果出现数据中断，则清屏后返回步骤f2，重新绘制。
步骤g、根据如图7所示的虚拟仪表上所显示的ROV模型，操控水下作业级ROV完成作业。
进一步地，所述步骤c中，以上位机和下位机约定好的头帧开始数据报文的编码，以每个数据内容占用4个字节的形式编码发送的数据报文，最后以数据校验位作为尾帧，校验方式使用串口奇偶校验模式，完成数据编码。
进一步地，所述步骤d中利用RS232串口数据通信协议与RS485通信协议，进行下位机与上位机实施快速准确的查询式通信，进行数据上传与交换。
进一步地，所述步骤d中选用WPF作为三维图型控制引擎，主要负责图型的格式转化，WPF中使用XAML语言进行图型结构搭建，灯光效果渲染，图形动态动控制以及ROV模型的相机设置等，引擎通过核心公共接口API的方式调用DLL文件实现各种显示服务，相比于其他图形引擎，它有与Visual Stdio程序更好的契合度，实现3D控制更加高效的特点。
要实现ROV模型的三轴姿态控制方式主要有两种方式：方式一，让物体自主进行三轴转动。这种转动方式，转动控制算法简便，转动轴确定比较容易，但是对后续ROV的螺旋桨以及机械臂转动造成了极大的不便；方式二，利用WPF虚拟图型的成像原理，让ROV模型静止，让拍摄3D虚拟相机旋转代替ROV模型的自身的旋转，如图6所示，利用相机xyz可以进行空间任意位置以及任意角度的运动的特点，让3D虚拟相机进行绕物体三轴的360°转动运动，间接的实现ROV模型旋转“运动”，相比于前一种控制方式，采用相机代替物体旋转的方式，极大的方便的ROV模型的3D图型的后续处理部分，相机虚拟底片焦距点只设置虚拟相机的一倍焦距与二倍焦距的放大区间，模型本身不需要旋转，用固定轴旋转ROV型的螺旋桨以及机械臂即可，但是与此同时，对3D虚拟相机的控制会变得较为复杂一些，经过综合考量比较，本实施方式的ROV上位机模型采用的是第二种控制方式。
再进一步地，在步骤d中，3D虚拟相机在坐标系内绕Zn轴的三维旋转矩阵为：
3D虚拟相机在坐标系内绕Xn轴的三维旋转矩阵为：
3D虚拟相机在坐标系内绕Yn轴的三维旋转矩阵为：
3D虚拟相机三轴欧拉角旋转公式：
其中，表示绕载体坐标系Zn轴旋转的偏航角，θ表示绕载体坐标系Xn轴旋转的俯仰角，γ表示绕载体坐标系Yn轴旋转的俯仰角，Xb，Yb，Zb表示三维空间内载体坐标系，Xn，Yn，Zn表示三维空间导航坐标系，为为由载体坐标系变换到导航坐标系的余弦矩阵，为由导航坐标系变换到载体坐标系的余弦矩阵。
进一步地，所述步骤g中，由于人为控制的不稳定性和被控对象输出的非线性，全人为操控存在被控对象易超调振荡等难操控的问题，可以利用上位机后台算法处理的优势对被控对象的控制面板输入信号进行降噪，滤波，补偿等处理，提取出有利于操控员控制设备的主要特征，同时对输出信号进行PID等控制信号校正使输出更加平滑且线性提高模拟ROV***的可控性，
信号降噪处理采用滑动均值滤波器，滤波器输出y(t)为：
式中，f(x)是滤波器输入，T0是滑动滤波时间长度。
输出补偿处理方式采用数字PID控制器校正，***输出u为：
其中，Kp为***放大比例系数，e为***输入偏差，Tl为***比例积分时长，TD为***比例微分时长，u0为***初值。
Claims (9)
1.水下作业级ROV的导航仿真***，其特征在于，包括下位机和上位机，所述下位机用于模拟数据的采集和处理；下位机为一个ROV模型，内部包括加速度计、陀螺仪、磁罗盘、气压计和核心控制器，所述加速度计、陀螺仪和磁罗盘用于采集ROV模型状态信息，所述气压计通过测量的气压值得到高度信息，模拟水下作业级ROV中的深度计测量的深度信息；所述核心控制器包括GPIO端口，数模转换模块，用于模拟水下作业级ROV的操控台，处理加速度计、陀螺仪和磁罗盘采集的ROV模型状态信息并将其传递给上位机；
所述ROV模型外部结构包括转动部件和固定部件，转动部件包括第一螺旋桨、第二螺旋桨、第三螺旋桨、第四螺旋桨、第五螺旋桨、第六螺旋桨、第七螺旋桨、五自由度机械臂和七自由度机械臂；固定部件包括电子舱、油箱和机架；
所述上位机用于数据的分析与显示并对水下的ROV下达控制指令；上位机包括数据处理模块和虚拟仪表，所述数据处理模块用于将模拟ROV状态信息反馈数据进行汇总并整理成直观的仪表数据，用于显示模拟ROV状态和深度信息。
2.根据权利要求1所述的水下作业级ROV的导航仿真***，其特征在于，所述加速度计为三轴加速度计，所述陀螺仪为三轴陀螺仪。
3.根据权利要求1所述的水下作业级ROV的导航仿真***，其特征在于，所述核心控制器采用集成控制芯片。
4.在权利要求1所述的水下作业级ROV的导航仿真***上实现的控制方法，其特征在于，具体步骤包括：
步骤a、下位机利用核心控制器内部的GPIO端口和数模转换模块，通过I2C数据通信协议完成加速度计、陀螺仪、磁罗盘和气压计的数据信息采集任务；
步骤b、下位机采用卡尔曼滤波算法进行姿态解算，得出三轴欧拉角数据、高度数据、磁罗盘通过矫正罗盘倾角以及排除硬磁干扰后输出航向角数据；
步骤c、核心控制器对步骤a和步骤b中采集的数据进行降噪处理，再对处理后的数据进行通信协议数据编码；
步骤d、上位机首先启动主界面***，开启三维图形引擎以及虚拟仪表图形控件，在工作人员设置好串口通信端口与实时通讯波特率后，再开启串口通讯进行数据通信；
步骤e、上位机接收到下位机发送的数据后进行解码，以数据报文的头帧开始一段数据的录入，以尾帧校验位结尾数据的解码，判断校验位数据是否正确，如果：
是，保留此帧数据，检验下一帧数据；
否，跳过此帧数据，检验下一帧数据；
步骤f，将解码后的数据与已经设计好的虚拟仪表和ROV模型进行数据匹配与位置标定，然后显示输出当前的所有的状态信息和控制信息；
步骤g、根据虚拟仪表上所显示的ROV模型的状态，操控水下作业级ROV完成作业。
5.根据权利要求4所述的水下作业级ROV的控制方法，其特征在于，在步骤c中，以上位机和下位机约定好的头帧开始数据报文的编码，以每个数据内容占用4个字节的形式编码发送的数据报文，最后以数据校验位作为尾帧，校验方式使用串口奇偶校验模式，完成数据编码。
6.根据权利要求4所述的水下作业级ROV的控制方法，其特征在于，在步骤d中，利用RS232串口数据通信协议与RS485通信协议，进行下位机与上位机实施快速准确的查询式通信，进行数据上传与交换。
7.根据权利要求4所述的水下作业级ROV的控制方法，其特征在于，在步骤d中，选用WPF作为三维图型控制引擎，进行图型的格式转化，WPF中使用XAML语言进行图型结构搭建，灯光效果渲染，ROV模型动态控制以及3D虚拟相机的设置；三维图型控制引擎通过核心公共接口API的方式调用DLL文件实现显示；ROV模型的三轴姿态控制方式为：利用WPF虚拟图型的成像原理，令ROV模型静止，3D虚拟相机虚拟底片焦距点只设置虚拟相机的一倍焦距与二倍焦距的放大区间，利用3D虚拟相机进行绕ROV模型的X1、Y1和Zn轴的360°转动，间接实现ROV模型旋转运动。
8.根据权利要求7所述的水下作业级ROV的控制方法，其特征在于，在步骤d中，3D虚拟相机在坐标系内绕Zn轴的三维旋转矩阵为：
3D虚拟相机在坐标系内绕Xn轴的三维旋转矩阵为：
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3D虚拟相机在坐标系内绕Yn轴的三维旋转矩阵为：
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3D虚拟相机三轴欧拉角旋转公式：
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<mi>X</mi>
<mi>n</mi>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>Y</mi>
<mi>n</mi>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>Z</mi>
<mi>n</mi>
</msub>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
</mrow>
其中，表示绕载体坐标系Zn轴旋转的偏航角，θ表示绕载体坐标系Xn轴旋转的俯仰角，γ表示绕载体坐标系Yn轴旋转的俯仰角，Xb，Yb，Zb表示三维空间内载体坐标系，Xn，Yn，Zn表示三维空间导航坐标系，为为由载体坐标系变换到导航坐标系的余弦矩阵，为由导航坐标系变换到载体坐标系的余弦矩阵。
9.根据权利要求4所述的水下作业级ROV的控制方法，其特征在于，所述步骤g中，上位机后台算法对水下作业级ROV的控制面板输入的信号进行降噪，滤波，补偿等处理，提取出有利于操控员控制设备的主要特征，同时对输出信号进行PID等控制信号校正使输出更加平滑且线性提高模拟ROV***的可控性。
信号降噪处理采用滑动均值滤波器，滤波器输出y(t)为：
<mrow>
<mi>y</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<msub>
<mi>T</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
</mfrac>
<msup>
<mo>&Integral;</mo>
<mi>t</mi>
</msup>
<mi>f</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>x</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>d</mi>
<mi>x</mi>
</mrow>
式中，f(x)是滤波器输入，T0是滑动滤波时间长度，t是时间函数。
输出补偿处理方式采用数字PID控制器校正，***输出u为：
<mrow>
<mi>u</mi>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>K</mi>
<mi>p</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>e</mi>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mfrac>
<msubsup>
<mo>&Integral;</mo>
<mn>0</mn>
<mi>t</mi>
</msubsup>
<mi>e</mi>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>D</mi>
</msub>
<mfrac>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>e</mi>
</mrow>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>u</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
</mrow>
其中，Kp为***放大比例系数，e为***输入偏差，Tl为***比例积分时长，TD为***比例微分时长，u0为***初值。
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