水面无人艇的复合自适应控制研究

发布时间：2017-10-29 02:29

  本文关键词：水面无人艇的复合自适应控制研究

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【摘要】：随着海洋工程和信息技术的发展,水面无人艇在海上侦察监视、反水雷战、水面反舰、海上救援及环境监测等方面的应用潜能日益显现,水面艇轨迹跟踪控制也得到了越来越多的重视。当水面无人艇航行于水面时,速度、重心等动态性能的变化以及风、浪、流的外界干扰增加了水面艇模型的不确定性,进而影响了控制系统的鲁棒稳定性。因此,本文基于水面艇带有不确定项的欧拉-拉格朗日系统模型,建立自适应轨迹跟踪控制以提高水面艇闭环控制系统关于不确定性的鲁棒性,具有重要的价值。现有相关成果主要基于神经网络、扰动观测器等方法建立了水面艇的自适应控制。但是,神经网络控制的自适应率主要基于跟踪误差调节,而扰动观测器的自适应率只是基于建模误差调节,影响了闭环控制系统的跟踪精度和速度。为了提高水面艇跟踪期望轨迹的精度和速度,本文基于水面艇的拉格朗日模型,建设性地提出了三种利用跟踪误差和建模误差来共同调节自适应率的复合自适应控制:(1)基于复合自适应扩展状态观测器的水面艇轨迹跟踪控制;(2)基于复合自适应扰动观测器的水面艇轨迹跟踪控制;(3)复合自适应神经网络轨迹跟踪控制。其中,在前两种控制器中,分别建立复合自适应扩展状态观测器、复合扰动观测器来估计并补偿模型中导数有界的时变扰动;在第三种复合自适应控制中,建立复合自适应神经网络估计并补偿包括向心力/哥氏力项、阻尼力项和慢变扰动在内的非线性不确定项。通过理论分析和仿真结果,说明了本文所设计控制算法的可行性和有效性。与传统的水面艇自适应控制相比,本文提出的复合自适应控制可有效提高轨迹跟踪的精度和速度,具有重要的理论意义和实际价值。
【关键词】：复合自适应控制 鲁棒控制 扰动观测器 神经网络 水面无人艇
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U674.77
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究的背景与意义9-11
• 1.2 水面无人艇鲁棒控制的研究现状及分析11-13
• 1.3 本文的研究内容和结构安排13-15
• 第二章 水面无人艇的动力学模型15-20
• 2.1 引言15
• 2.2 水面无人艇的 3DOF低频欧拉-拉格朗日动力学模型15-18
• 2.3 水面无人艇的运动控制系统的主要特点18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第三章 基于复合自适应扩展状态观测器的水面无人艇轨迹跟踪控制20-32
• 3.1 引言20-21
• 3.2 基于传统扩展状态观测器的轨迹跟踪控制21-22
• 3.3 基于复合自适应扩展状态观测器的自抗扰动控制器22-25
• 3.4 仿真分析25-31
• 3.5 本章小结31-32
• 第四章 基于复合自适应扰动观测器的水面无人艇轨迹跟踪控制32-45
• 4.1 引言32
• 4.2 基于传统扰动观测器的水面无人艇轨迹跟踪控制32-36
• 4.3 基于复合自适应扰动观测器的轨迹跟踪控制36-38
• 4.4 仿真分析38-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第五章 水面无人艇的复合自适应神经网络跟踪控制45-59
• 5.1 引言45-46
• 5.2 RBF神经网络简述46-47
• 5.3 基于复合自适应控制器的RBF神经网络学习型算法47-54
• 5.3.1 水面无人艇低频系统模型的转化47-49
• 5.3.2 控制策略设计49-50
• 5.3.3 非线性估计与估计误差50-51
• 5.3.4 关于复合自适应律的学习策略51-53
• 5.3.5 设计问题的探讨53-54
• 5.4 仿真分析54-58
• 5.5 本章小结58-59
• 第六章 总结与展望59-61
• 6.1 总结59-60
• 6.2 展望60-61
• 参考文献61-66
• 致谢66-67
• 攻读硕士期间取得成果67
• 硕士期间参与的项目67

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本文编号：1111040