基于鲁棒控制的自主水下航行器控制方法研究

发布时间：2022-09-29 12:35

　　自主水下航行器是一个非线性、耦合性和运动模型水动力不确定的复杂系统,很难获得其精确的数学模型。一个好的控制系统是航行器工作的前提,而鲁棒控制可以提高航行器在复杂环境中运动时的鲁棒性,可基本满足运动控制的性能要求。论文以鱼雷型的自主水下航行器为研究对象,为提高其运动控制的稳定性、精确性和鲁棒性,对H_∞鲁棒控制、非线性鲁棒滑模控制和Backstepping法,以及它们在自主水下航行器控制器的设计中的应用进行研究。根据航行器空间运动和流体力学建立了水下自主航行器的六自由度的运动学和动力学方程。并在特定的工作点巡航条件下对模型进行了线性化处理,分别得到了航行器在水平面运动和垂直面运动的控制设计模型。针对自主水下航行器的模型不确定性并且满足在水下作业时的控制精度,研究了混合灵敏度鲁棒控制中的加权函数的选取方法和基于线性矩阵不等式（LMI）H_∞控制器的设计方法后,设计了基于混合灵敏度和线性矩阵不等式的自主水下航行器的航向、前向速度和深度的鲁棒控制器,并通过仿真分析验证了所设计的控制器对抑制干扰的有效性和控制的精确性。针对混合灵敏度H_∞

【文章页数】：94 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 国内外自主水下航行器研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 国内外航行器主要的控制技术
        1.3.1 PID控制方法
        1.3.2 滑模变结构控制方法
        1.3.3 自适应控制方法
        1.3.4 智能控制方法
        1.3.5 H_∞鲁棒控制方法
    1.4 本文研究的主要内容
        1.4.1 研究对象概述
        1.4.2 本文章节安排
第2章 自主水下航行器的数学模型
    2.1 引言
    2.2 自主水下航行器的运动学方程
        2.2.1 坐标系的定义
        2.2.2 坐标系之间的转换关系
        2.2.3 运动学方程
    2.3 自主水下航行器的动力学模型
        2.3.1 恢复力和力矩
        2.3.2 附加质量和柯氏力
        2.3.3 粘性类水动力
        2.3.4 推力和舵力模型
    2.4 航行器控制模型的建立
        2.4.1 水平面运动数学模型
        2.4.2 垂直面运动数学模型
    2.5 本章小结
第3章 自主水下航行器H_∞鲁棒控制器设计
    3.1 引言
    3.2 H_∞鲁棒分析基础
        3.2.1 不确定性描述
        3.2.2 混合灵敏度鲁棒控制
        3.2.3 鲁棒稳定性
        3.2.4 加权函数的选择
    3.3 基于LMI的降阶H_∞控制器设计
        3.3.1 输出反馈H_∞控制
        3.3.2 基于迹的最小化的控制器设计
    3.4 航向降阶H_∞控制器设计
    3.5 纵向降阶H_∞控制器设计
        3.5.1 前向速度降阶H_∞控制器设计
        3.5.2 深度降阶H_∞控制器设计
    3.6 本章小结
第4章 自主水下航行器鲁棒滑模控制器设计
    4.1 引言
    4.2 滑模控制及其边界层方法
        4.2.1 滑模控制
        4.2.2 边界层方法
        4.2.3 鲁棒性分析
    4.3 水下航行器非线性鲁棒滑模控制器设计
        4.3.1 非线性鲁棒滑模控制算法
        4.3.2 非线性鲁棒滑模控制器设计
    4.4 仿真分析
    4.5 本章小结
第5章 自主水下航行器路径跟踪鲁棒控制
    5.1 引言
    5.2 路径跟踪问题描述
    5.3 输出反馈控制设计
        5.3.1 Backstepping方法
        5.3.2 观测器设计
        5.3.3 输出反馈的终端滑模控制设计
    5.4 仿真分析
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢



本文编号：3682602