无人水面船精准航迹跟踪控制研究
发布时间：2020-12-05 22:02
无人水面船具有结构紧凑、操纵灵活、机动性强等优点,在军事、民用、海事和科研等领域已有诸多应用。随着海洋战略的不断实施,无人水面船研发工作正被各国高度重视。航迹跟踪作为执行各种任务的基础,是无人水面船运动控制的一个重要研究领域,已成为当前研究热点。若考虑复杂海洋扰动和未建模动态,传统基于模型的控制方法将不再适用,无人水面船的高精度跟踪控制颇具挑战性但更有实际意义。本文基于扰动观测设计有限时间控制技术来解决上述问题,研究不依赖于无人水面船运动模型的有限时间控制方法,实现高精度航迹跟踪控制。首先,本文提出无人水面船积分滑模有限时间控制策略。该策略实现无扰动时无人水面船精准航迹跟踪控制,得到有限时间控制特性,具备更快收敛速度和更高控制精度。闭环稳定性由Lyapunov理论严格保证,且跟踪误差最终为零。仿真结果进一步验证了该控制律的有效性。进而,为消除海洋干扰对无人水面船的影响,本文采用扰动观测技术设计有限时间扰动观测器,并结合负齐次理论设计有限时间航迹控制策略。最终,不仅外部扰动可被有效补偿,实现扰动零逼近误差,而且航迹和航速根据误差均能在有限时间收敛到零。最后通过仿真验证了所设计控制器的有效...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１地球坐标系和船体坐标系下六自由度无人水面船模型??
我们选取?ＩＳＭＦＣ?控制参数为：ａｔ，?＝０．１５，?／ｃ２?＝０．１５，?ｘ：３?＝ｄｉａｇ（０．２，０．２，??０．２），?＆?＝?ｄｉａｇ（０．１，０．１，０．２），爲＝１?／?３，爲＝１?／?２，?Ｐ?＝?１?／?３。仿真结果如图?３．１－３．６?所示。??从图３．１－３．２可以看出，本文所设计的控制律可以实现快速、精确的航迹跟踪??控制。除了位置跟踪，该控制律还能实现速度跟踪，如图３．３所示。不仅如此，从??图３．２－３．５中可以看出，相比传统的渐近稳定控制律ＡＳＣ来说，ＩＳＭＦＣ策略有更??高的控制精度的同时也具备更快的收敛速度。??此外，由图３．４－３．５还可以看出，跟踪误差可以在很短时间被镇定到零，实现??了有限时间的控制效果。值得一提的是，如图３．６所示，通过选取合适的控制器参??数，本文所设计的控制器控制输入较为光滑，没有高频抖振。??？?，?一？一二?Ｖ?—??２０?－?￣、－蛛＞、??／／’??１８?－－Ｖ－???Ｄｅｓｉｒｅｄ?＼?？??口?１６?／?——ＡＳＣ?ｒｉ??１０??／???６?８?１０?１２?１４?１６?１８?２０??ｙ／ｍ??图３．１航迹跟踪曲线??Ｆｉｇ．?３．１?Ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?ｔｒａｃｋｉｎｇ??－２０－??
图３．２位置跟踪曲线??Ｆｉｇ．?３．２?Ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｔｒａｃｋｉｎｇ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于扰动观测器的四旋翼飞行器跟踪控制[J]. 侯顺祥,凌睿. 重庆理工大学学报(自然科学). 2017(12)
[2]我国海洋科技创新发展的回顾与思考[J]. 曲探宙. 海洋开发与管理. 2017(10)
[3]基于非线性干扰观测器的无人平台有限时间镇定控制[J]. 华玉龙,任华林,孙伟,郭晓林,迟宝山. 北京理工大学学报. 2017(08)
[4]分数阶微分中立型系统的有限时间镇定性及有界性（英文）[J]. 刘可为,涂振坤. 大学数学. 2017(04)
[5]工业机器人的高速高精度控制方法探讨[J]. 欧光连. 数字通信世界. 2017(07)
[6]新型幂次趋近律的无人艇航向的终端滑模控制方法[J]. 张晨,薛文涛. 电光与控制. 2017(08)
[7]模糊自适应PID控制算法在自航模运动控制中的应用[J]. 靳艾. 舰船科学技术. 2017(02)
[8]基于扰动观测器的传弹机械手自适应滑模控制[J]. 陈龙淼,肖宇强,邹权. 南京理工大学学报. 2015(05)
[9]模糊自整定PID航向控制算法优化及其性能评判[J]. 梅强,李丽娜,陈国权,蒋娇,马峰. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2015(08)
[10]船舶航向保持RBF神经网络自适应非线性控制[J]. 刘洋,郭晨. 大连海事大学学报. 2013(04)
博士论文
[1]基于Backstepping的船舶运动非线性自适应鲁棒控制[D]. 关巍.大连海事大学 2010
硕士论文
[1]基于滑模自抗扰的无人水面艇路径跟踪控制研究[D]. 李鹏.大连海事大学 2017
[2]无人水面艇模糊鲁棒自适应航迹跟踪控制研究[D]. 刘丹.大连海事大学 2016
[3]基于Backstepping的模糊自适应船舶航向控制[D]. 孟凡超.大连海事大学 2014
[4]基于神经网络的船舶航向自适应PID控制研究[D]. 党祎.哈尔滨工程大学 2012
[5]非线性系统的神经模糊建模研究[D]. 张航.大庆石油学院 2004
本文编号：2900166
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１地球坐标系和船体坐标系下六自由度无人水面船模型??
我们选取?ＩＳＭＦＣ?控制参数为：ａｔ，?＝０．１５，?／ｃ２?＝０．１５，?ｘ：３?＝ｄｉａｇ（０．２，０．２，??０．２），?＆?＝?ｄｉａｇ（０．１，０．１，０．２），爲＝１?／?３，爲＝１?／?２，?Ｐ?＝?１?／?３。仿真结果如图?３．１－３．６?所示。??从图３．１－３．２可以看出，本文所设计的控制律可以实现快速、精确的航迹跟踪??控制。除了位置跟踪，该控制律还能实现速度跟踪，如图３．３所示。不仅如此，从??图３．２－３．５中可以看出，相比传统的渐近稳定控制律ＡＳＣ来说，ＩＳＭＦＣ策略有更??高的控制精度的同时也具备更快的收敛速度。??此外，由图３．４－３．５还可以看出，跟踪误差可以在很短时间被镇定到零，实现??了有限时间的控制效果。值得一提的是，如图３．６所示，通过选取合适的控制器参??数，本文所设计的控制器控制输入较为光滑，没有高频抖振。??？?，?一？一二?Ｖ?—??２０?－?￣、－蛛＞、??／／’??１８?－－Ｖ－???Ｄｅｓｉｒｅｄ?＼?？??口?１６?／?——ＡＳＣ?ｒｉ??１０??／???６?８?１０?１２?１４?１６?１８?２０??ｙ／ｍ??图３．１航迹跟踪曲线??Ｆｉｇ．?３．１?Ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?ｔｒａｃｋｉｎｇ??－２０－??
图３．２位置跟踪曲线??Ｆｉｇ．?３．２?Ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｔｒａｃｋｉｎｇ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于扰动观测器的四旋翼飞行器跟踪控制[J]. 侯顺祥,凌睿. 重庆理工大学学报(自然科学). 2017(12)
[2]我国海洋科技创新发展的回顾与思考[J]. 曲探宙. 海洋开发与管理. 2017(10)
[3]基于非线性干扰观测器的无人平台有限时间镇定控制[J]. 华玉龙,任华林,孙伟,郭晓林,迟宝山. 北京理工大学学报. 2017(08)
[4]分数阶微分中立型系统的有限时间镇定性及有界性（英文）[J]. 刘可为,涂振坤. 大学数学. 2017(04)
[5]工业机器人的高速高精度控制方法探讨[J]. 欧光连. 数字通信世界. 2017(07)
[6]新型幂次趋近律的无人艇航向的终端滑模控制方法[J]. 张晨,薛文涛. 电光与控制. 2017(08)
[7]模糊自适应PID控制算法在自航模运动控制中的应用[J]. 靳艾. 舰船科学技术. 2017(02)
[8]基于扰动观测器的传弹机械手自适应滑模控制[J]. 陈龙淼,肖宇强,邹权. 南京理工大学学报. 2015(05)
[9]模糊自整定PID航向控制算法优化及其性能评判[J]. 梅强,李丽娜,陈国权,蒋娇,马峰. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2015(08)
[10]船舶航向保持RBF神经网络自适应非线性控制[J]. 刘洋,郭晨. 大连海事大学学报. 2013(04)
博士论文
[1]基于Backstepping的船舶运动非线性自适应鲁棒控制[D]. 关巍.大连海事大学 2010
硕士论文
[1]基于滑模自抗扰的无人水面艇路径跟踪控制研究[D]. 李鹏.大连海事大学 2017
[2]无人水面艇模糊鲁棒自适应航迹跟踪控制研究[D]. 刘丹.大连海事大学 2016
[3]基于Backstepping的模糊自适应船舶航向控制[D]. 孟凡超.大连海事大学 2014
[4]基于神经网络的船舶航向自适应PID控制研究[D]. 党祎.哈尔滨工程大学 2012
[5]非线性系统的神经模糊建模研究[D]. 张航.大庆石油学院 2004
本文编号：2900166
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