AUV动力定位控制技术研究

发布时间：2020-05-06 12:59

【摘要】：水下航行器(机器人)是当今各国探索和开发海洋资源必不可少的装备,尤其是AUV已经成为了深海勘探的最直接有效的手段。但是其高度的自主性为控制技术增加了很大的难度,如何在保持水下运动稳定的同时实现更多的机动性和操控性,一直都是未来研究的重点。动力定位系统要求能够实时根据AUV当前的位置和姿态反馈信息产生控制信息,执行器执行控制信息从而抵消环境扰动,保证AUV能够精确完成工作任务。因此,动力定位系统是其水下作业尤其是深海作业必要的支持系统,本文对动力定位相关技术进行了深入研究。主要是分析了AUV的动力定位控制技术的重点和难点,针对AUV复杂环境下动力学建模、动力定位功能控制器设计以及推力分配优化策略进行了详细阐述。研究内容和成果如下:1.考虑到动力定位控制器对于控制精度的要求,必须建立复杂环境下的AUV精确模型,本文对海流环境中的AUV进行了完整的运动学和动力学分析,建立了六自由度空间运动通用矢量化方程,并且将海流因素考虑进来,得到了更加符合实际情况的AUV数学模型。2.针对AUV作业过程中存在非线性动力学特性、模型不确定性以及难以直接测量的外界干扰等难点,提出了一种基于自适应滑模控制方法的六自由度动力定位控制器设计方法。对于难以直接测量的未知海流速度问题,设计了海流速度观测器在线估计海流速度。同时在控制算法中引入参数自适应估计机制,有效减小参数摄动问题对控制器稳定产生的影响。利用设计的控制器完成定点悬停和轨迹跟踪两种功能,仿真表明,本文设计的控制器满足作业精度要求且具有较强鲁棒性。3.为了实现更多的机动性能,设计多个辅助推进器的布置方法。动力定位控制器只是产生满足运动所需推力和力矩指令,推力分配逻辑是对这些指令进行二次分配。为了在保证控制精度的同时降低推进系统的能耗和磨损,本文提出了一种多推进器推力分配策略,建立了多目标二次规划模型,并且利用SQP算法进行求解。仿真显示在极小的推力分配误差之内实现了推力分配策略。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U674.941

【参考文献】