基于反馈-滑模策略的水面无人艇路径跟踪控制

发布时间：2020-05-31 10:42

【摘要】：为了提升水面无人艇航行时的自主性与精确性,针对水面无人艇运动控制中的路径跟踪控制问题,本文以反馈线性化技术、滑模控制技术为基础,结合神经网络控制技术与自适应鲁棒技术的优点,提出水面无人艇复合型路径跟踪控制器,并利用Visual Studio构建了水面无人艇路径跟踪控制仿真实验平台,针对所提控制方法开展了相关仿真试验验证。具体研究内容如下:1、建立了水面无人艇路径跟踪控制系统的数学模型;建立水面无人艇的数学模型是设计路径跟踪控制器设计的基础,本文总结了前人的研究成果,建立了水面无人艇的路径跟踪数学模型,包括欠驱动水面无人艇直线路径跟踪模型、曲线路径跟踪模型,并通过Serret-Frenet坐标系和极坐标系的引入,分别建立了 Serret-Frenet坐标系和极坐标系下的水面无人艇的路径跟踪数学模型,为后面的控制器设计奠定了基础。2、针对一类受到不确定性外界干扰的水面无人艇的路径跟踪问题,利用RBF神经网络系统的逼近能力来逼近模型中的未知外界干扰,并结合输入输出线性化技术与滑模控制技术,在Serret-Frenet坐标系下设计了一种基于输入输出线性化的反馈-滑模神经网络控制器;理论与仿真研究表明所设计的控制器能够有效地抑制常规滑模所固有的稳定抖振现象,能快速准确地跟踪设定路径,并显示了较强的鲁棒性。3、针对水面无人艇路径跟踪控制系统中存在的随机干扰以及模型参数的不确定性,应用自适应鲁棒技术来解决模型参数不确定与不确定性外界干扰给控制效果带来的不利影响,一方面利用自适应技术对不确定性模型参数进行在线估计,尽量减小与实际参数值的误差,一方面利用鲁棒控制技术来削弱外界干扰,并结合输入输出线性化技术与滑模控制技术,在极坐标系下设计了一种基于输入输出线性化的反馈-滑模自适应鲁棒控制器;理论与仿真研究表明所设计的控制器能够保证稳定跟踪,有效地抑制了常规滑模所固有的稳定抖振现象,具有较强的鲁棒性;并且能够通在线估计参数值,从而提高不确定因素下的路径跟踪精度。
【图文】：

２．１．１水面无人艇平面运动参考坐标系逡逑为了描述ＵＳＶ在水平面的运动，通常采用两种坐标系：惯性坐标系与随体坐标系。逡逑如图２．１所示：惯性坐标系固定于大地表面，随体坐标系建立在船体上。逡逑（１）

ｒ＼／＾Ｔ逡逑图２．２平面曲线逡逑如图２．２所示，Ｃ为平面ｉ？２中的一条曲线，其表达式为：ｒ⑷＜办），外）＾，其逡逑中：５是关于弧长的一个参数，取曲线上任意一点，记其位置向量为ｒ0ｓ），，其单位切向逡逑量如下：逡逑ｒ（５）邋＝邋＾：Ｊ＾），＾￡）Ｔ逦（２－１３）逡逑ｄｓ邋＾邋ｄｓ邋ｄｓ邋＿逡逑１６逡逑
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U664.82

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 杨震;刘繁明;王岩;;欠驱动船舶路径跟踪的神经滑模控制[J];中国造船;2015年02期

2 李芸;白响恩;肖英杰;;基于新型扩张干扰观测器的船舶航向滑模控制[J];上海交通大学学报;2014年12期

3 张国庆;张显库;关巍;;欠驱动船舶简捷鲁棒自适应路径跟踪控制[J];哈尔滨工程大学学报;2014年09期

4 彭秀艳;胡忠辉;;带有海浪滤波器的船舶航向反步自适应输出反馈控制[J];控制理论与应用;2013年07期

5 廖煜雷;万磊;庄佳园;;欠驱动船路径跟踪的反演自适应动态滑模控制方法[J];中南大学学报(自然科学版);2012年07期

6 苏玉民;曹建;徐锋;张国成;;鱼雷形水下机器人非线性航迹跟踪控制[J];上海交通大学学报;2012年06期

7 王志文;彭秀艳;;基于自适应输出反馈的船舶航向控制[J];北京理工大学学报;2011年04期

8 王志文;彭秀艳;王大巍;;Serret-Frenet框架下欠驱动船的输出反馈路径跟踪鲁棒控制[J];船舶工程;2010年06期

9 张华军;耿涛;赵金;;船舶航向无静差跟踪控制系统设计[J];华中科技大学学报(自然科学版);2010年12期

10 罗伟林;邹早建;李铁山;;船舶航向非线性系统鲁棒跟踪控制[J];控制理论与应用;2009年08期

相关博士学位论文 前1条

1 胡忠辉;船舶航向运动非线性自适应及优化控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年

相关硕士学位论文 前3条

1 赵杰;动态面和逆推法在船舶航向控制中的应用研究[D];大连海事大学;2012年

2 李俊方;考虑输入饱和的船舶航向自动舵设计[D];大连海事大学;2012年

3 李国伟;基于滑模变结构的船舶航向控制研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

本文编号：2689731