水下滑翔机导航与控制算法研究
发布时间：2022-12-09 02:01
混合驱动型水下滑翔机是一种新型的自主海洋环境监测平台,它能将内部执行器、外部推进和垂直舵单元转换为滑翔机期望运动所需的力和力矩。实现高精度运动控制是水下滑翔机完成水下测量和作业任务的关键,然而水下滑翔机模型的非线性,加之工作环境复杂多变且无人监控,其导航控制问题是水下滑翔机领域的难题。本文针对上述问题提出融合输入滤波算法、新型航向跟踪控制算法和路径跟踪控制算法的滑翔机新型闭环导航控制策略,构建水下滑翔机闭环导航控制仿真及实验平台并进行验证。论文的主要研究内容如下:首先,建立水下滑翔机Petrel-Ⅱ 200的六自由度动力学模型,同时对水下滑翔机导航控制输入信息即滑翔机姿态信息、定位信息等进行粒子滤波处理,并通过仿真和实验验证了该滤波算法的有效性。其次,针对海流非线性和执行器饱和等特点,提出了基于新型自适应模糊增量PID抗饱和控制（AFIPID+AW）的航向跟踪控制算法,根据滤波后的实际航向控制效果实时对传统IPID控制参数进行在线调整,并对航向控制过程中可能出现的舵机饱和特性提出了新型抗饱和控制算法,提高水下滑翔机容错和自适应能力。再次,针对水下滑翔机自主导航、无人监管等特点,提出了基...
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 水下滑翔机研究现状
1.3 水下滑翔机导航控制研究现状
1.3.1 水下滑翔机航向跟踪控制研究现状
1.3.2 水下滑翔机路径跟踪控制研究现状
1.4 主要研究内容及意义
1.4.1 课题来源及意义
1.4.2 论文主要内容
第二章 水下滑翔机动力学建模与导航控制滤波研究
2.1 引言
2.2 水下滑翔机动力学建模
2.3 水下滑翔机导航控制输入滤波
2.3.1 粒子滤波算法
2.3.2 仿真和实验验证
2.4 本章小结
第三章 水下滑翔机航向跟踪控制算法研究
3.1 引言
3.2 新型水下滑翔机航向跟踪控制算法研究
3.2.1 自适应模糊增量PID控制
3.2.2 新型抗饱和控制
3.2.3 闭环航向跟踪控制
3.3 新型航向跟踪控制算法仿真验证
3.4 本章小结
第四章 水下滑翔机路径跟踪控制算法研究
4.1 引言
4.2 新型路径跟踪控制算法
4.2.1 坐标转换
4.2.2 视向算法
4.2.3 样条逼近路径点切换算法
4.3 自适应水下滑翔机深度控制
4.3.1 自适应神经网络控制算法
4.3.2 仿真验证
4.4 本章小结
第五章 水下滑翔机闭环导航控制实验验证
5.1 引言
5.2 闭环导航控制实验平台搭建
5.3 闭环导航控制实验研究
5.3.1 仿真验证
5.3.2 实验验证
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 未来工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Stability Analysis of Hybrid-Driven Underwater Glider[J]. NIU Wen-dong,WANG Shu-xin,WANG Yan-hui,SONG Yang,ZHU Ya-qiang. China Ocean Engineering. 2017(05)
[2]自主水下航行器发展概述（英文）[J]. ALAAELDEEN M.E.Ahmed,段文洋. 船舶力学. 2016(06)
[3]WGS-84坐标系下改进的广义最小二乘配准算法[J]. 李家强,赵春艳,陈金立,赵荣华. 上海交通大学学报. 2016(05)
[4]粒子滤波算法[J]. 王法胜,鲁明羽,赵清杰,袁泽剑. 计算机学报. 2014(08)
[5]Dynamic Modeling and Motion Simulation for A Winged Hybrid-Driven Underwater Glider[J]. 王树新,孙秀军,王延辉,武建国,王晓鸣. China Ocean Engineering. 2011(01)
[6]Dynamic Modeling and Three-Dimensional Motion Analysis of Underwater Gliders[J]. 王延辉,王树新. China Ocean Engineering. 2009(03)
[7]粒子滤波算法综述[J]. 胡士强,敬忠良. 控制与决策. 2005(04)
[8]模糊B样条基神经网络及其在机器人轨迹跟踪中的应用[J]. 孙炜,王耀南. 动力学与控制学报. 2005(01)
[9]轨迹规划中的B样条插值算法[J]. 任重,杨灿军,陈鹰. 机电工程. 2001(05)
博士论文
[1]混合驱动水下滑翔机系统设计与运动行为研究[D]. 刘方.天津大学 2014
[2]基于粒子滤波的目标跟踪技术研究[D]. 宋策.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[3]洋流影响下的水下滑翔机动力学建模、运动分析与控制器设计研究[D]. 范双双.浙江大学 2013
[4]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
[5]混合驱动水下滑翔器动力学建模及运动控制研究[D]. 孙秀军.天津大学 2011
本文编号：3714589
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 水下滑翔机研究现状
1.3 水下滑翔机导航控制研究现状
1.3.1 水下滑翔机航向跟踪控制研究现状
1.3.2 水下滑翔机路径跟踪控制研究现状
1.4 主要研究内容及意义
1.4.1 课题来源及意义
1.4.2 论文主要内容
第二章 水下滑翔机动力学建模与导航控制滤波研究
2.1 引言
2.2 水下滑翔机动力学建模
2.3 水下滑翔机导航控制输入滤波
2.3.1 粒子滤波算法
2.3.2 仿真和实验验证
2.4 本章小结
第三章 水下滑翔机航向跟踪控制算法研究
3.1 引言
3.2 新型水下滑翔机航向跟踪控制算法研究
3.2.1 自适应模糊增量PID控制
3.2.2 新型抗饱和控制
3.2.3 闭环航向跟踪控制
3.3 新型航向跟踪控制算法仿真验证
3.4 本章小结
第四章 水下滑翔机路径跟踪控制算法研究
4.1 引言
4.2 新型路径跟踪控制算法
4.2.1 坐标转换
4.2.2 视向算法
4.2.3 样条逼近路径点切换算法
4.3 自适应水下滑翔机深度控制
4.3.1 自适应神经网络控制算法
4.3.2 仿真验证
4.4 本章小结
第五章 水下滑翔机闭环导航控制实验验证
5.1 引言
5.2 闭环导航控制实验平台搭建
5.3 闭环导航控制实验研究
5.3.1 仿真验证
5.3.2 实验验证
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 未来工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Stability Analysis of Hybrid-Driven Underwater Glider[J]. NIU Wen-dong,WANG Shu-xin,WANG Yan-hui,SONG Yang,ZHU Ya-qiang. China Ocean Engineering. 2017(05)
[2]自主水下航行器发展概述（英文）[J]. ALAAELDEEN M.E.Ahmed,段文洋. 船舶力学. 2016(06)
[3]WGS-84坐标系下改进的广义最小二乘配准算法[J]. 李家强,赵春艳,陈金立,赵荣华. 上海交通大学学报. 2016(05)
[4]粒子滤波算法[J]. 王法胜,鲁明羽,赵清杰,袁泽剑. 计算机学报. 2014(08)
[5]Dynamic Modeling and Motion Simulation for A Winged Hybrid-Driven Underwater Glider[J]. 王树新,孙秀军,王延辉,武建国,王晓鸣. China Ocean Engineering. 2011(01)
[6]Dynamic Modeling and Three-Dimensional Motion Analysis of Underwater Gliders[J]. 王延辉,王树新. China Ocean Engineering. 2009(03)
[7]粒子滤波算法综述[J]. 胡士强,敬忠良. 控制与决策. 2005(04)
[8]模糊B样条基神经网络及其在机器人轨迹跟踪中的应用[J]. 孙炜,王耀南. 动力学与控制学报. 2005(01)
[9]轨迹规划中的B样条插值算法[J]. 任重,杨灿军,陈鹰. 机电工程. 2001(05)
博士论文
[1]混合驱动水下滑翔机系统设计与运动行为研究[D]. 刘方.天津大学 2014
[2]基于粒子滤波的目标跟踪技术研究[D]. 宋策.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[3]洋流影响下的水下滑翔机动力学建模、运动分析与控制器设计研究[D]. 范双双.浙江大学 2013
[4]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
[5]混合驱动水下滑翔器动力学建模及运动控制研究[D]. 孙秀军.天津大学 2011
本文编号：3714589
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