无人水面艇模糊鲁棒自适应航迹跟踪控制研究

发布时间：2017-05-15 05:09

  本文关键词：无人水面艇模糊鲁棒自适应航迹跟踪控制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无人水面艇是一种在海上能够实现自主航行的智能平台,具有体积小、隐蔽性好、灵敏度高、无人员伤亡危险等优点,且能高效地完成较为复杂的海上作战任务,因此受到了世界各国的高度重视。航迹跟踪控制作为实现无人水面艇自主航行的基础,是目前无人水面艇运动控制的一个重要研究方向。无人水面艇运动系统是一个典型的具有非线性以及模型不确定性的复杂系统,并且在海上航行时易受到环境干扰的影响,使得无人水面艇航迹跟踪控制成为一个极具挑战的控制问题。伴随着控制理论的逐步发展,人们对于控制精度要求的逐渐提高,采用基于模型的自适应控制已经难以满足控制需求,因此本文提出一种不依赖于系统模型的水面无人艇模糊鲁棒自适应航迹跟踪控制方法。首先,针对在扰动作用下的无人艇航迹跟踪控制问题,考虑具有科氏向心矩阵和非线性阻尼项的无人水面艇运动模型,利用系统跟踪误差动态,融合Lyapunov稳定性理论以及Backstepping设计方法,提出一种基于Backstepping的无人水面艇航迹跟踪控制器,并通过仿真实验来验证该控制器的有效性。其次,针对参数未知且含有未知扰动的无人水面艇系统,提出一种模糊自适应无人水面艇航迹跟踪控制策略。具体地,采用模糊系统逼近无人水面艇自身的模型不确定以及运动系统中的未知非线性干扰项,融合Backstepping设计方法和自适应控制理论,设计系统的控制律以及参数自适应律,Lyapunov稳定性理论保证闭环控制系统的稳定性以及自适应参数的收敛性和有界性。仿真结果和比较分析验证了该控制方法的有效性和优越性。最后,为了解决模糊控制中存在的控制精度与模糊规则之间的矛盾,提出一种带有变伸缩因子的模糊控制思想,能够以较少的模糊规则获得较高的控制精度。将该控制方法与滑模控制方法相结合,并引入积分鲁棒项补偿系统的逼近误差,最终实现高精度的无人水面艇航迹跟踪控制。仿真结果验证了该方法的有效性和优越性。
【关键词】：无人水面艇 航迹跟踪 鲁棒自适应控制 模糊控制 变论域 Backstepping
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.82
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 本文研究背景及意义11-12
• 1.2 相关领域研究现状12-17
• 1.2.1 无人水面艇研发概况12-13
• 1.2.2 鲁棒自适应控制理论13-16
• 1.2.3 无人水面艇航迹跟踪控制16-17
• 1.3 本文主要研究内容17-19
• 第2章 无人水面艇运动模型19-26
• 2.1 无人水面艇运动学模型19-21
• 2.2 水面无人艇动力学模型21-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 基于Backstepping的无人水面艇航迹跟踪控制26-40
• 3.1 Lyapunov稳定性理论26-29
• 3.2 Backstepping设计方法29-33
• 3.3 基于Backstepping的无人水面艇航迹跟踪控制33-36
• 3.3.1 控制器设计33-35
• 3.3.2 稳定性分析35-36
• 3.4 仿真研究36-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 模糊自适应无人水面艇航迹跟踪控制40-54
• 4.1 自适应模糊控制40-44
• 4.2 基于Backstepping的模糊自适应航迹跟踪控制44-49
• 4.2.1 问题描述44
• 4.2.2 控制器设计44-48
• 4.2.3 稳定性分析48-49
• 4.3 仿真研究49-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第5章 基于变论域模糊系统的鲁棒自适应航迹跟踪控制54-65
• 5.1 问题描述54-55
• 5.2 变伸缩模糊鲁棒自适应航迹跟踪控制55-60
• 5.2.1 变伸缩广义模糊基函数55-57
• 5.2.2 变伸缩模糊系统逼近特性及控制器设计57-58
• 5.2.3 参数自适应律58-59
• 5.2.4 稳定性证明59-60
• 5.3 仿真研究60-64
• 5.4 本章小结64-65
• 总结与展望65-66
• 参考文献66-70
• 攻读学位期间公开发表论文70-71
• 致谢71-72
• 作者简介72

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