基于虚拟领航者的多UUV协调编队控制方法研究

发布时间：2021-05-15 14:56

　　水下无人航行器（Unmanned Underwater Vehicle,UUV）控制技术是实现海洋资源开发、科学勘测、近海防御等应用领域的重要技术基础,是未来海洋军事方向上的发展方向。相比单体控制,多体控制具有很大的优势,多体可以提高作业的效率,通过相互合作可以完成比单体无法独立完成的更复杂的任务,并且容错性比较强,在航行器的智能化方面也获得了很大的提升。在多体控制中的协调编队是最常用到的多体控制之一,所以本文针对多UUV系统编队问题展开深入研究,包括以下几个方面。首先,分析了UUV的动力学性质和运动学属性,建立了UUV六自由度的动力学方程和运动学模型,并且针对本文设计需要以及课题特点简化选取了UUV水平面运动模型,并对该模型进行了仿真验证。其次,设计虚拟领航者为多UUV的群体领导者,负责实现UUV跟踪期望路径的任务,虚拟领航者的路径跟踪控制器采用滤波反步法对之进行设计。引入二阶滤波器,将反步法推导过程中的虚拟控制量作为二阶滤波器的输入,同时输出虚拟控制量的逼近值及其导数值,避免了对虚拟控制量的求导运算,简化了计算量,并设计了滤波跟踪误差补偿回路,保证了滤波信号对虚拟控制量的逼近精度。... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 国内外多UUV控制技术现状及应用前景
        1.2.1 国内外多UUV控制技术现状
        1.2.2 国内外多UUV控制技术应用前景
    1.3 多UUV编队的国内外研究现状
    1.4 论文的主要内容和组织结构
第2章 UUV建模与模型验证
    2.1 引言
    2.2 研究对象概述
    2.3 坐标系与运动变量
        2.3.1 北东坐标系
        2.3.2 载体坐标系
        2.3.3 北东坐标系与载体坐标系间的坐标系转换
    2.4 UUV模型建立
        2.4.1 运动学方程
        2.4.2 动力学方程
        2.4.3 UUV水平面方程
    2.5 UUV水平面模型验证
        2.5.1 水平面直线运动
        2.5.2 水平面定常回转
    2.6 本章小结
第3章 基于滤波反步法的虚拟领航者路径跟踪控制
    3.1 引言
    3.2 问题描述
    3.3 UUV路径跟踪误差方程的建立
    3.4 控制器设计
        3.4.1 反步法介绍
        3.4.2 二阶滤波器的设计
        3.4.3 路径跟踪控制器设计
        3.4.4 滤波误差补偿回路设计
    3.5 稳定性证明
    3.6 仿真验证
    3.7 本章小结
第4章 基于虚拟领航者的多UUV无源编队协调控制
    4.1 引言
    4.2 基于无源性的协调控制
        4.2.1 无源理论概述
        4.2.2 无源性定义
        4.2.3 负反馈系统的无源性
        4.2.4 无源性和稳定性
    4.3 无源编队控制器设计
        4.3.1 编队控制目标
        4.3.2 多UUV协调编队控制器设计
        4.3.3 控制器稳定性分析
    4.4 仿真验证
    4.5 本章小结
第5章 基于虚拟领航者的多UUV协调滑模编队控制
    5.1 引言
    5.2 滑模变结构控制
    5.3 编队实现目标
    5.4 控制器设计
        5.4.1 跟踪误差控制器设计
        5.4.2 速度滑模控制器设计
    5.5 仿真验证
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]人工势场和虚拟结构相结合的多水下机器人编队控制[J]. 潘无为,姜大鹏,庞永杰,李岳明,张强.  兵工学报. 2017(02)
[2]欠驱动水下航行器编队协同控制[J]. 肖瑞武,孙洪飞.  集美大学学报(自然科学版). 2015(06)
[3]基于滤波反步法的欠驱动AUV三维路径跟踪控制[J]. 王宏健,陈子印,贾鹤鸣,李娟,陈兴华.  自动化学报. 2015(03)
[4]干扰下的无人直升机自适应反步法鲁棒跟踪控制(英文)[J]. 贺跃帮,裴海龙,周洪波,孙太任.  控制理论与应用. 2013(07)
[5]基于虚拟领航者的智能群体群集运动控制[J]. 王冬梅,方华京.  华中科技大学学报(自然科学版). 2008(10)
[6]自主水下航行器的变质心跟踪控制(英文)[J]. 李家旺,宋保维,邵成.  自动化学报. 2008(10)
[7]无人水下航行器发展[J]. 兰志林,周家波.  国防科技. 2008(02)
[8]Robust Leader-follower Formation Control of Mobile Robots Based on a Second Order Kinematics Model[J]. LIU Shi-Cai TAN Da-Long LIU Guang-Jun 1.Robotics Laboratory,Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016,P.R.China 2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,P.R.China 3.Department of Aerospace Engineering,Ryerson University,Toronto M5B 2K3,Canada.  自动化学报. 2007(09)
[9]新兴的水下作战平台UUV[J]. 许韦韦,孟昭香.  指挥控制与仿真. 2006(03)
[10]基于分解策略的多机器人编队控制方法[J]. 孟宪松,徐宏根,张铭钧,刘建华.  哈尔滨工程大学学报. 2006(02)

博士论文
[1]水下航行器编队运动规划与稳定性研究[D]. 杨燕.天津大学 2012



本文编号：3187839