欠驱动AUV的三维轨迹跟踪和二维编队控制

发布时间：2024-04-27 22:36

　　随着科技发展和能源消耗加剧,人们越发重视海洋的探索与开发,无人水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)及其编队控制和轨迹跟踪研究的热度近年来也一直在提升。欠驱动AUV在降低系统能耗、成本和质量,提高系统可靠性等方面具备优势,因而在工程实际中得到了普遍应用,其控制问题也日益成为研究的热点。本文研究了三维空间下的欠驱动AUV轨迹跟踪算法,通过降低算法的复杂性来确保实施的实时性和有效性,并考虑了外部环境干扰的影响;研究了二维空间内的编队控制,并利用模糊追逐策略降低了避障算法的复杂性。本文主要研究工作如下:(1)提出了一种基于虚拟输入动态反演的欠驱动AUV三维轨迹跟踪控制算法,实现了无外部干扰下的轨迹跟踪。该方法将状态视为虚拟输入,减小了构造Lyapunov函数的复杂度与难度。本文还利用级联系统的稳定性原理对控制算法的稳定性进行了理论证明。仿真实验验证了该算法的有效性。(2)考虑到所提出的动态反演三维轨迹跟踪控制算法没有结合外部环境干扰因素,本文提出了一种基于反步自适应滑模控制法实现了欠驱动AUV在外部环境干扰下的轨迹跟踪。该算法使用反步法设计期望速度以...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２．丨ＡＵＶ在三维空间下的坐标系示意图??

浙江大学硕士学位论文?第２章基于虚拟输入动态反演的无干扰下欠驱动ＡＵＶ三维轨迹跟踪??应用到一系列欠驱动控制系统上去。??２．１问题描述??如文献Ｐ０Ｕ７１］提出的，一个ＡＵＶ可以被它相对于惯性坐标系的位置和方位??来描述。如图２．１所示，坐标系｛￡｝：＝｛＿ｘ，ｙ，ｚ｝是地球坐....

图２．２?ＡＵＶ在Ｘ，Ｙ，Ｚ三个维度下的位置输出曲线（蓝色实线；ｃ，少，ｚ分别表示ＡＵＶ在三个??维度下的实际轨迹，红色虚线＆分别表示ＡＵＶ在三个维度下的期望轨迹，单位：Ｗ?）??

ｗ），?Ｊ＾（０）?＝?－２（／ｗ），?ｚ（０）?＝?－０．０１?（／ｗ），?（９（０）?＝?－０．００１?｛ｒａｄ），??＾（０）?＝?０．０ｌ（ｒａＪ），？（０）?＝?０．１?（ｗ／．ｓ），?ｖ（０）?＝?０．１?（／？／?５），?ｗ（０）?＝?０．０１?（ｗ／?．ｙ），??....

图２．３?ＡＵＶ在Ｘ，Ｙ，Ｚ三个维度下的位置控制误差（单位：ｗ）??图２．４是欠驱动ＡＵＶ控制力矩输出图，不难看出在初始阶段，控制力矩??

?Ｉ?？???０?２?Ａ?ｈ?Ｋ?｜（）?１２?１４?１６?ＩＳ?２０??１?：?：?ｉ?—??＂?Ｉ???Ｌ?１?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?ｌ??〇?２?４?Ｓ?１０?Ｉ：?１４?１６?ＩＳ?２０??＂；?ｉ?＾?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉｉｉ??Ｌ：??：??１１?ｉ?ｉ?ｉ?睡?ｉ?ｉ?ｉｉ....

图２．４?ＡＵＶ在三个维度下的控制力矩（单位：；Ｖ）??图２．５是ＡＵＶ的三维轨迹跟踪曲线，其中红色虚线代表期望轨迹，起点位??

?Ｉ?？???０?２?Ａ?ｈ?Ｋ?｜（）?１２?１４?１６?ＩＳ?２０??１?：?：?ｉ?—??＂?Ｉ???Ｌ?１?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?ｌ??〇?２?４?Ｓ?１０?Ｉ：?１４?１６?ＩＳ?２０??＂；?ｉ?＾?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉｉｉ??Ｌ：??：??１１?ｉ?ｉ?ｉ?睡?ｉ?ｉ?ｉｉ....

本文编号：3965804