微小型水下机器人运动控制

发布时间：2017-05-15 07:37

  本文关键词：微小型水下机器人运动控制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近些年来，水下机器人无论在民用还是在军用领域都得到了人们的广泛关注。由于体积小、成本低、能耗低、隐蔽性好、机动灵活、搭载方便等特点，微小型水下机器人已成为当前研究的热点。微小型水下机器人通常采用桨、翼、舵联合操纵的方式，利用翼、舵来实现升沉和回转运动，是典型的欠驱动系统。加之其尺寸小，易受波浪、海流等干扰，如何对微小型水下机器人的运动进行精确控制成为了水下机器人技术研究的难题之一。 本文研究的对象是哈尔滨工程大学水下机器人技术重点实验室的WL-3微小型水下机器人。首先针对WL-3微小型水下机器人的实际特点，对其六自由度模型进行简化，得到解耦后的该水下机器人水平面和垂直面运动模型。然后考虑存在建模误差和外界干扰等不确定性影响的情况下，针对微小型水下机器人的定速、定向和定深问题，采用自适应律在线辨识不确定性影响总和，将反步思想和滑模变结构控制相结合，提出了自适应反步滑模控制方法。之后针对自适应律只能辨识慢时变的不确定性影响总和，，且考虑微小型水下机器人模型未知的情况，采用自适应模糊逻辑系统辨识外界干扰和微小型水下机器人模型，提出了自适应模糊反步滑模控制方法。最后根据微小型水下机器人在实际工程中的应用，设计了基于自适应模糊反步滑模方法的路径跟踪控制器。仿真实验验证了所设计的控制器在微小型水下机器人定速、定向、定深及路径跟踪控制中的有效性和鲁棒性。
【关键词】：微小型水下机器人 欠驱动系统 自适应反步滑模控制 路径跟踪
【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】：2013
【分类号】：U674.941;TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 微小型水下机器人的国内外研究现状10-13
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-13
• 1.3 水下机器人控制方法的发展现状13-14
• 1.4 微小型水下机器人的特点14-15
• 1.5 本论文的研究意义和主要研究内容15-18
• 第2章 微小型水下机器人运动建模18-26
• 2.1 引言18
• 2.2 水下机器人运动学方程18-20
• 2.2.1 坐标系和参数定义18-19
• 2.2.2 运动学方程19-20
• 2.3 水下机器人动力学方程20-23
• 2.3.1 质量及惯性矩阵20-21
• 2.3.2 科氏向心力矩阵21-22
• 2.3.3 流体阻力矩阵22
• 2.3.4 恢复力及恢复力矩22-23
• 2.3.5 执行机构产生的力及/矩向量23
• 2.4 模型简化及控制模型的建立23-25
• 2.4.1 水平面运动模型23-24
• 2.4.2 垂直面运动模型24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 非线性控制理论基础介绍26-36
• 3.1 引言26
• 3.2 反步法26-28
• 3.3 滑模变结构控制法28-31
• 3.3.1 滑模控制的描述及设计过程28-29
• 3.3.2 滑模控制的不变性和抖振问题29-31
• 3.4 模糊逻辑系统31-34
• 3.4.1 基于模糊系统的辨识方法31-33
• 3.4.2 模糊系统的万能逼近特性33
• 3.4.3 自适应模糊系统33-34
• 3.5 本章小结34-36
• 第4章 自适应反步滑模控制方法研究36-50
• 4.1 引言36
• 4.2 自适应反步滑模控制36-40
• 4.2.1 问题描述36-37
• 4.2.2 自适应反步滑模控制器设计37-40
• 4.3 水平面自适应反步滑模控制40-45
• 4.3.1 水平面自适应反步滑模控制器设计41-42
• 4.3.2 仿真实验及结果分析42-45
• 4.4 垂直面自适应反步滑模控制45-49
• 4.4.1 垂直面自适应反步滑模控制器设计45-48
• 4.4.2 仿真实验及结果分析48-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第5章 自适应模糊反步滑模控制方法研究50-62
• 5.1 引言50
• 5.2 自适应模糊反步滑模控制器设计50-53
• 5.3 水平面自适应模糊反步滑模控制53-56
• 5.3.1 水平面自适应模糊反步滑模控制器设计53-55
• 5.3.2 仿真实验及结果分析55-56
• 5.4 垂直面自适应模糊反步滑模控制56-61
• 5.4.1 垂直面自适应模糊反步滑模控制器设计57-59
• 5.4.2 仿真实验及结果分析59-61
• 5.5 本章小结61-62
• 第6章 微小型水下机器人路径跟踪控制62-78
• 6.1 引言62
• 6.2 水平面自适应模糊反步滑模路径跟踪控制方法研究62-70
• 6.2.1 水平面路径跟踪问题描述62-65
• 6.2.2 水平面自适应模糊反步滑模路径跟踪控制器设计65-68
• 6.2.3 仿真实验及结果分析68-70
• 6.3 垂直面自适应模糊反步滑模路径跟踪控制方法研究70-77
• 6.3.1 垂直面路径跟踪问题描述70-72
• 6.3.2 垂直面自适应模糊反步滑模路径跟踪控制器设计72-75
• 6.3.3 仿真实验及结果分析75-77
• 6.4 本章小结77-78
• 结论78-80
• 参考文献80-86
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果86-88
• 致谢88

【参考文献】

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本文编号：367131