基于反演滑模的欠驱动AUV的路径跟踪控制研究

发布时间：2017-09-11 21:16

  本文关键词：基于反演滑模的欠驱动AUV的路径跟踪控制研究

  更多相关文章： 欠驱动AUV 路径跟踪控制 反演滑模 鲁棒性

【摘要】：近年来,智能水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)广泛的应用于现代海洋开发的各项活动中。欠驱动AUV系统模型具有高度的非线性、各个自由度之间的运动具有较强的耦合性、易受外界干扰的不确定性、控制输入的约束,这些因素都使欠驱动AUV的路径跟踪控制变得复杂和赋有挑战性。首先分析欠驱动AUV的结构特征,同时考虑欠驱动AUV的非线性水动力项和自由度之间耦合项,建立欠驱动AUV六自由度运动学模型与动力学模型。根据实际工程需要对模型进行简化并解耦为水平面、垂直面三自由度模型;之后,在分析欠驱动AUV非线性模型的基础上,给出基于反演非线性滑模自适应方法的控制率的推导,并在水平面定速控制、定向控制仿真实验中验证模型的有效性和控制方法的可行性;最后,建立基于*SF坐标系的路径跟踪误差方程,在由虚拟参考点运动所生成的待跟踪光滑曲线中,选择路径参数s作为额外控制量,调节其变化率缩小跟踪误差,同时引入趋近角概念改善欠驱动AUV收敛于期望路径的暂态性能。根据前文所述设计运动学控制器和动力学控制器,实现水平面、垂直面、三维空间的路径跟踪。在SIMULINK平台建立仿真模型,进行仿真实验验证基于反演非线性滑模自适应方法的控制器的有效性与"鲁棒性"。
【关键词】：欠驱动AUV 路径跟踪控制 反演滑模 鲁棒性
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U674.941
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 欠驱动AUV路径跟踪概述10-11
• 1.2.1 AUV采用欠驱动形式的原因10-11
• 1.2.2 AUV路径跟踪控制的难点11
• 1.3 AUV的国内外研究现状及其控制方法的研究成果11-15
• 1.3.1 AUV国外发展现状11-13
• 1.3.2 AUV国内发展现状13-14
• 1.3.3 路径跟踪控制研究成果14-15
• 1.4 本论文的研究意义和主要内容15-18
• 第2章 欠驱动AUV运动模型18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 坐标系与运动参数18-19
• 2.3 欠驱动AUV运动学方程19-20
• 2.4 欠驱动AUV动力学方程20-28
• 2.4.1 流体静力24
• 2.4.2 艇体水动力24-27
• 2.4.3 推进器推力27
• 2.4.4 舵力27-28
• 2.5 模型简化28-29
• 2.5.1 水平面模型28
• 2.5.2 垂直面模型28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 反演滑模控制理论基础30-42
• 3.1 反演法30-33
• 3.1.1 Lyapunov稳定性理论30-32
• 3.1.2 反演法基本原理32-33
• 3.2 滑模变结构控制33-36
• 3.2.1 基本原理33-34
• 3.2.2 滑模面设计34-35
• 3.2.3 抖振35-36
• 3.3 简单反演滑模控制36-38
• 3.4 自适应反演滑模控制38-40
• 3.5 自适应反演非线性滑模控制40-42
• 第4章 欠驱动AUV的基础运动控制42-53
• 4.1 引言42
• 4.2 水平面自适应反演滑模基础控制42-47
• 4.2.1 控制器设计42-43
• 4.2.2 仿真研究43-47
• 4.3 垂直面自适应反演滑模基础控制47-52
• 4.3.1 控制器设计47-49
• 4.3.2 仿真研究49-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第5章 欠驱动AUV二维路径跟踪控制53-80
• 5.1 引言53
• 5.2 水平面路径跟踪控制53-68
• 5.2.1 AUV水平面运动数学模型53-54
• 5.2.2 AUV水平面路径跟踪误差模型54-56
• 5.2.3 AUV水平面路径跟踪控制器设计56-58
• 5.2.4 仿真研究58-68
• 5.3 垂直面路径跟踪控制68-79
• 5.3.1 AUV垂直面运动数学模型68-69
• 5.3.2 AUV垂直面路径跟踪误差模型69-71
• 5.3.3 AUV垂直面路径跟踪控制器设计71-73
• 5.3.4 仿真研究73-79
• 5.4 本章小结79-80
• 第6章 欠驱动AUV三维路径跟踪控制80-90
• 6.1 引言80
• 6.2 AUV六自由度运动数学模型80
• 6.3 AUV三维路径跟踪误差模型80-83
• 6.4 AUV三维路径跟踪控制器83-85
• 6.5 仿真研究85-90
• 结论90-92
• 参考文献92-96
• 致谢96

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本文编号：833107