自抗扰控制技术在AUV航向控制中的应用

发布时间：2017-06-15 17:11

  本文关键词：自抗扰控制技术在AUV航向控制中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： AUV是一个具有六自由度,非线性、耦合性、模型不确定性以及外界干扰都非常严重的系统,因此其航向控制问题是一个难题。本文为提高AUV航向控制的精确性、鲁棒性和稳定性,对自抗扰控制技术,以及它在AUV航向控制中的应用进行了深入的分析和研究。 首先,根据流体力学理论和AUV的实际外形确定了AUV受到的水动力,得到了一个符合AUV运动特性的空间六自由度的数学模型,进而得到三自由度的AUV航向运动模型。 其次,介绍了自抗扰控制技术的基本原理,自抗扰控制器的结构及各个组成部分和离散算法,针对自抗扰控制器参数整定的问题,数值仿真研究了各个参数对控制效果的影响,确定了参数整定的原则。 再次,运用自抗扰控制技术设计了自抗扰航向控制器,使用MATLAB中的simulink搭建了自抗扰航向控制系统,进行航向控制的仿真。使用C++语言将所设计的自抗扰航向控制器算法编写成具有通用接口的函数形式,加入到AUV动态控制计算机中,进行航向控制的半实物仿真。 仿真结果表明,自抗扰航向控制器具有较好的控制效果,能够克服海流、脉冲偏航力矩、定常偏航力矩的干扰,与PID控制器相比,在无干扰和有海流干扰情况下,控制效果更好。本文的研究成果为自抗扰控制技术应用于AUV的航速、纵倾、深度、航迹跟踪控制提供了依据。
【关键词】：无人潜航器 航向控制 自抗扰
【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】：2009
【分类号】：U666.7
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题研究的背景和意义10-12
• 1.2 AUV控制技术的发展状况12-16
• 1.3 本文的研究方法16-19
• 1.4 本文的主要研究内容19-20
• 第2章 AUV的运动与建模20-46
• 2.1 引言20
• 2.2 研究对象概述20-21
• 2.3 AUV航向控制系统模型的组成21
• 2.4 AUV运动分析中的坐标系21-25
• 2.4.1 固定坐标系21-22
• 2.4.2 运动坐标系22-23
• 2.4.3 坐标系的变换23-25
• 2.5 AUV空间运动方程25-29
• 2.5.1 AUV的平移运动方程25-27
• 2.5.2 AUV的旋转运动方程27-29
• 2.6 AUV空间运动受力分析29-40
• 2.6.1 AUV的艇体水动力29-37
• 2.6.2 AUV的静力37
• 2.6.3 AUV的舵力37-38
• 2.6.4 AUV推进器的推力38-40
• 2.7 AUV空间六自由度运动模型40-43
• 2.8 海流的干扰模型43-44
• 2.9 AUV航向运动的数学模型44-45
• 2.10 本章小结45-46
• 第3章 自抗扰控制技术的基本原理46-68
• 3.1 自抗扰控制技术的发展历程46-52
• 3.1.1 自抗扰控制技术的思想发展历程46-48
• 3.1.2 自抗扰控制器的发展历程48-52
• 3.2 自抗扰控制器的原理52-63
• 3.2.1 跟踪微分器52-55
• 3.2.2 扩张状态观测器55-61
• 3.2.3 非线性反馈控制律61-63
• 3.3 二阶自抗扰控制器的离散算法63-64
• 3.3.1 跟踪微分器 TD离散算法的实现63-64
• 3.3.2 扩张状态观测器ESO离散算法的实现64
• 3.3.3 非线性误差反馈控制律NLSEF离散算法的实现64
• 3.4 自抗扰控制器的应用64-67
• 3.5 本章小结67-68
• 第4章 自抗扰航向控制器的设计68-90
• 4.1 引言68
• 4.2 自抗扰控制器的设计思路68
• 4.3 自抗扰控制器的参数整定68-84
• 4.3.1 跟踪微分器参数的整定69-71
• 4.3.2 扩张状态观测器的参数整定71-84
• 4.3.3 非线性反馈控制律的参数整定84
• 4.4 自抗扰航向控制器的设计84-89
• 4.4.1 自抗扰航向控制器的设计84-85
• 4.4.2 自抗扰航向控制系统的各个模块的设计与实现85-88
• 4.4.3 自抗扰航向控制器整定的参数88-89
• 4.5 本章小结89-90
• 第5章 AUV航向控制仿真90-97
• 5.1 引言90
• 5.2 Simulink环境下的航向控制仿真90-92
• 5.3 航向控制的半实物仿真92-96
• 5.3.1 无干扰环境下的仿真92-93
• 5.3.2 海流干扰下的航向控制仿真93-94
• 5.3.3 脉冲偏航力矩干扰下的航向控制仿真94
• 5.3.4 定常偏航力矩干扰下的航向控制仿真94-95
• 5.3.5 自抗扰控制器与PID控制器的性能比较95-96
• 5.4 本章小结96-97
• 结论97-99
• 参考文献99-104
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果104-105
• 致谢105

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 程启明;汪明媚;薛阳;胡晓青;王映斐;;基于自抗扰串级控制的蒸汽发生器水位多模型控制方法[J];电力自动化设备;2012年03期

2 李述清;张胜修;刘毅男;周帅伟;;航空发动机自抗扰控制器简捷设计与应用[J];航空发动机;2012年03期

3 李述清;张胜修;刘毅男;周帅伟;;根据系统时间尺度整定自抗扰控制器参数[J];控制理论与应用;2012年01期

4 刘明亮;李克媛;关妍妍;;无人驾驶直升机的飞行控制算法[J];黑龙江大学工程学报;2012年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 潘立鑫;水下机器人近水面横遥减摇控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 袁德祥;基于自抗扰控制技术的AUV运动控制的研究与仿真[D];中国海洋大学;2010年

2 张翼飞;AWID/AWIS高速高机动平台控制系统研究与实现[D];山东大学;2011年

3 杨东伟;自抗扰控制在电动加载系统中的应用研究[D];北京航空航天大学;2012年

4 陈江;AUV垂直面运动控制过程中自抗扰方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

5 邓超;AUV三维空间轨迹跟踪控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

6 张海波;电液制动系统（SBC）的研究与设计[D];山东大学;2012年

7 岳华;基于自抗扰的船舶动力定位控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

  本文关键词：自抗扰控制技术在AUV航向控制中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：453029