基于自抗扰控制的水面无人船跟踪控制

发布时间：2021-05-20 03:39

　　水面无人船能够提高海上作业的自动化水平,在民用和军事领域方面有着广阔的应用前景。路径跟踪和轨迹跟踪控制问题是无人船顺利执行各种任务的保障。目前USV多设计为欠驱动形式,本身存在强耦合非线性,加上复杂恶劣的海况,使得USV航迹跟踪控制成为研究的热点、难点。因此,本文展开对路径跟踪、轨迹跟踪控制和实际跟踪控制系统的研究工作。主要研究内容如下:考虑多种不确定性,建立水平面三自由度无人船运动摄动干扰模型,为后续章节自主式无人船路径跟踪与轨迹跟踪控制,以及自抗扰控制技术的应用奠定基础和提供理论支撑。针对欠驱动无人船的路径跟踪问题,提出了基于视线制导的滑模自抗扰控制律。首先,考虑单个无人船,使用视线法导引律得出期望的航向角;然后,利用扩张状态观测器估计无人船运动过程中的多种不确定性,设计出了基于滑模自抗扰控制的航向角和航速控制器,并进行了稳定性分析。对比仿真验证可知所设计的控制器能够有效减轻滑模控制的抖振现象,并能提高整个系统的鲁棒性能。进而考虑多个无人船协同跟踪同一路径,使用降阶扩张状态观测器作为导引律,求出了期望的航速;利用滑模自抗扰技术控制航速,使得在此航速下各无人船的前后距离保持一致,实现... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 无人船路径跟踪国内外研究现状
        1.2.2 无人船轨迹跟踪国内外研究现状
        1.2.3 自抗扰控制国内外研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 水面无人船的数学模型及自抗扰技术
    2.1 水面无人船的数学模型
        2.1.1 坐标系与变量定义
        2.1.2 六自由度运动学和动力学模型
        2.1.3 水平面三自由度运动模型
        2.1.4 三自由度摄动干扰模型
    2.2 自抗扰控制技术
        2.2.1 安排过渡过程
        2.2.2 跟踪微分器
        2.2.3 非线性状态误差反馈
        2.2.4 扩张状态观测器
    2.3 本章小结
第3章 欠驱动无人船路径跟踪及编队控制
    3.1 单体无人船路径跟踪控制
        3.1.1 Serret-Frenet坐标系与视线法制导律
        3.1.2 基于滑模自抗扰的控制器设计
        3.1.3 稳定性分析
        3.1.4 仿真验证及分析
    3.2 多无人船协调路径跟踪控制
        3.2.1 基于降阶扩张状态观测器的导引律设计
        3.2.2 稳定性分析
        3.2.3 仿真验证与分析
    3.3 本章小结
第4章 欠驱动无人船轨迹跟踪控制
    4.1 导引律设计
    4.2 控制器设计
        4.2.1 降阶扩张状态观测器设计
        4.2.2 基于动态面的控制器设计
    4.3 仿真验证及分析
    4.4 本章小结
第5章 无人船跟踪控制系统设计
    5.1 .无人船系统的组成
        5.1.1 船体
        5.1.2 硬件系统组成
        5.1.3 软件总体结构
    5.2 导航制导模块设计
    5.3 动力模块设计
        5.3.1 航速控制系统设计
        5.3.2 航向控制系统设计
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]采用自抗扰技术的移动式增氧机路径跟踪控制[J]. 盛亮,赵德安,孙月平,周文全,潘望俊.  软件导刊. 2021(01)



本文编号：3197013