基于滤波反步法的AUV路径跟踪控制方法研究

发布时间：2022-11-03 17:31

　　自主式无人水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）是当前各个国家研究的热点领域,因为AUV路径跟踪控制技术是实现科学勘测、海洋自然资源开发、近海防御和水下搜求等领域的关键技术之一,所以说对AUV进行开发研究具有重要的现实意义。AUV通常具有非完整性、强耦合性和非线性等,AUV所处的环境干扰通常是未知的,这给AUV的路径跟踪控制策略研究带了诸多困难。本论文针对AUV的非完整性、非线性和未知的环境干扰等因素,结合了反步法、指令滤波反步法和非线性干扰观测器设计了指令滤波反步法控制策略,针对AUV的路径跟踪控制研究问题,设计了AUV的路径跟踪控制器。1.本文以OceanScan-MST AUV为研究对象,基于“虚拟向导”和在“Serret-Frenet”坐标系下建立AUV的三维空间的路径跟踪误差模型。根据AUV的空间运动模型,对AUV的模型分别进行了水平面定常回转验证和三维空间“螺旋下潜”机动性验证,根据仿真结果可知,该AUV的数学模型具有良好的可操纵性。2.针对水平面AUV的路径跟踪控制问题,将三维路径跟踪误差模型简化为水平面路径跟踪误差模型,并根据李... 

【文章页数】：104 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 AUV路径跟踪控制的国内外发展
        1.2.1 AUV路径跟踪控制国外发展
        1.2.2 AUV路径跟踪控制国内发展
    1.3 课题的研究内容及方法
    1.4 论文章节结构
第2章 AUV数学模型和路径跟踪误差模型
    2.1 引言
    2.2 AUV运动学模型
        2.2.1 坐标系的建立及转换
        2.2.2 AUV运动学模型
    2.3 AUV动力学模型
    2.4 基于虚拟向导的路径跟踪误差模型
    2.5 模型机动性验证
        2.5.1 AUV水平面定常回转机动仿真实验
        2.5.2 AUV三维螺旋运动仿真实验
    2.6 本章小结
第3章 基于反步法的AUV路径跟踪控制
    3.1 引言
    3.2 反步法基本理论介绍
    3.3 基于反步法的水平面路径跟踪控制
        3.3.1 AUV水平面数学模型和路径跟踪误差模型
        3.3.2 路径跟踪控制器的设计
        3.3.3 闭环系统稳定性分析
    3.4 基于反步法的三维路径跟踪控制
        3.4.1 路径跟踪控制器的设计
        3.4.2 闭环控制系统稳定性分析
    3.5 仿真案列与分析
        3.5.1 水平面路径跟踪仿真实验分析
        3.5.2 三维空间路径跟踪仿真实验分析
    3.6 本章小结
第4章 基于滤波反步法的AUV路径跟踪控制
    4.1 引言
    4.2 滤波反步法的基本概述
        4.2.1 滤波器概述
        4.2.2 滤波反步法基本原理
    4.3 基于滤波反步法的AUV水平面路径跟踪控制
        4.3.1 位置跟踪控制器设计
        4.3.2 艏向角跟踪控制器设计
        4.3.3 纵向速度和艏向角速度跟踪控制器设计
        4.3.4 闭环控制系统的稳定性分析
    4.4 基于滤波反步法的三维路径跟踪控制
        4.4.1 位置跟踪控制器设计
        4.4.2 姿态角跟踪控制器设计
        4.4.3 速度和角速度跟踪控制器设计
        4.4.4 闭环控制系统的稳定性分析
    4.5 仿真实验分析
        4.5.1 水平面路径跟踪仿真验证
        4.5.2 三维空间路径跟踪仿真验证
    4.6 本章小结
第5章 基于非线性干扰观测器的AUV路径跟踪控制
    5.1 引言
    5.2 基于非线性干扰观测器的AUV水平面滤波反步控制
        5.2.1 基于非线性干扰观测器的滤波反步控制器设计
        5.2.2 闭环稳定性分析
    5.3 基于非线性干扰观测器的AUV三维滤波反步控制
        5.3.1 基于非线性干扰观测器的AUV三维滤波反步控制器设计
        5.3.2 闭环稳定性分析
    5.4 仿真实验分析
        5.4.1 水平面路劲跟踪仿真实验与分析
        5.4.2 三维路径跟踪仿真案例与分析
    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
附录 A
附录 B


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于干扰观测器的欠驱动AUV自适应反演控制[J]. 陈巍,魏延辉,曾建辉,胡佳兴,王泽鹏.  中南大学学报(自然科学版). 2017(01)
[2]基于NDO的ROV滤波反步轨迹跟踪控制[J]. 魏延辉,贾献强,高延滨,王毅.  仪器仪表学报. 2017(01)
[3]Serret-Frenet坐标系下AUV自适应路径跟踪控制[J]. 齐雪,张利军,赵杰梅.  系统科学与数学. 2016(11)
[4]基于滤波反步法的欠驱动AUV三维路径跟踪控制[J]. 王宏健,陈子印,贾鹤鸣,李娟,陈兴华.  自动化学报. 2015(03)
[5]蓝鳍水下机器人公司及其Bluefin系列AUV[J]. 何希盈,蔡祥.  水雷战与舰船防护. 2014(03)
[6]UUV国内外研究现状及若干关键问题综述[J]. 肖玉杰,邱志明,石章松.  电光与控制. 2014(02)
[7]非线性迭代滑模的欠驱动AUV路径跟踪控制[J]. 王璐,张利军,王红滨,贾鹤鸣,杨立新.  计算机工程与应用. 2011(27)
[8]多国海军已将轻型UUV应用于未知水域探测[J]. 常婉宜.  水雷战与舰船防护. 2011(03)
[9]控制约束下的多AUV编队路径跟踪[J]. 肖宁,徐德民,严卫生,高剑.  计算机仿真. 2010(11)
[10]美国军用UUV现状及发展趋势分析[J]. 陈强,张林根.  舰船科学技术. 2010(07)

博士论文
[1]欠驱动无人水下航行器三维路径跟踪反步控制方法研究[D]. 陈子印.哈尔滨工程大学 2013
[2]基于反步法的欠驱动UUV空间目标跟踪非线性控制方法研究[D]. 贾鹤鸣.哈尔滨工程大学 2012
[3]基于滑模理论的欠驱动UUV空间曲线路径跟踪控制[D]. 程相勤.哈尔滨工程大学 2011

硕士论文
[1]受生物启发的欠驱动UUV三维轨迹跟踪反步控制研究[D]. 赵俊鹏.哈尔滨工程大学 2017
[2]UUV循迹跟踪与环境最优控位方法研究[D]. 高海涛.哈尔滨工程大学 2014



本文编号：3700322