基于虚拟领航者的多AUV混杂编队控制
发布时间：2022-02-19 14:04
人类为了探索未知的海洋环境,科学家研究了自主水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）。近些年来,智能体都往群体运动的方向发展,当然AUV也不例外。现阶段,面对复杂的海洋环境,多体AUV相比单体AUV而言,除了能够增加空间利用率之外,还可以弥补单体AUV性能上的不足。关于多AUV控制,工程实践中比较常用是多AUV编队控制。面对多种海洋任务,人们往往要求多AUV能够自主的去执行。比如,多AUV编队的形成,多AUV轨迹跟踪,多AUV定点定位等。综上,本文考虑在有定常海流的影响下,将对多AUV的编队控制进行研究,用基于虚拟领航者的编队控制策略完成多AUV编队控制,轨迹跟踪控制和定点定位控制,最终结合混杂切换控制理论完成混杂编队控制系统。本文研究内容主要有以下几个方面。首先,对AUV进行六自由度的模型建立,根据本文基于虚拟领航者的多AUV混杂编队控制的特点把AUV六自由度的模型简化成水平面的模型,在定常海流的干扰下,对该模型进行了仿真验证。其次,基于虚拟领航者的编队控制策略,在有向通信拓扑下,结合欧拉-拉格朗日误差系统无源性提出了一种制导-控制结构设计的多...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省211工程院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 国内外多AUV编队研究现状及控制技术
1.2.1 国内外多AUV编队研究现状
1.2.2 国内外多AUV编队控制技术
1.3 混杂切换控制研究现状
1.3.1 混杂切换控制
1.3.2 混杂切换控制研究现状
1.4 论文的主要内容和组织结构
第2章 AUV建模与模型验证
2.1 引言
2.2 运动变量与坐标系之间的转换
2.3 AUV模型构建
2.3.1 运动学方程
2.3.2 动力学方程
2.3.3 AUV水平面方程
2.4 AUV水平面模型验证
2.4.1 AUV水平面直线运动
2.4.2 AUV水平面回转运动
2.5 本章小结
第3章 基于虚拟领航者的多AUV编队轨迹跟踪控制
3.1 引言
3.2 基于有向通信的多AUV无源编队算法
3.2.1 无源性理论
3.2.2 有向图简单介绍
3.2.3 欧拉-拉格朗日误差系统的无源性
3.3 控制策略和导引系统总体设计
3.3.1 控制对象
3.3.2 基于无源性的导引系统设计
3.4 多AUV无源编队轨迹跟踪控制
3.4.1 编队控制器设计
3.4.2 轨迹跟踪控制器设计
3.5 稳定性证明
3.6 数值仿真验证
3.6.1 无海流干扰的条件下
3.6.2 有海流干扰的条件下
3.7 本章小结
第4章 基于虚拟领航者的多AUV定点定位控制
4.1 引言
4.2 反步滑模控制
4.3 多AUV定点定位控制器设计
4.3.1 定点定位目标
4.3.2 基于反步滑模法的定点定位控制器设计
4.3.3 控制器的改进
4.4 稳定性证明
4.5 数值仿真验证
4.6 本章小结
第5章 混杂切换控制在多AUV编队中的应用
5.1 引言
5.2 混杂控制系统
5.2.1 混杂系统的组成部分
5.2.2 切换控制系统
5.3 多AUV混杂编队切换控制系统
5.3.1 混杂编队切换控制系统
5.3.2 切换逻辑与混杂编队切换控制率设计
5.4 数值仿真1
5.5 基于多AUV混杂编队的失能目标物围捕
5.5.1 搜索围捕任务的具体方案
5.5.2 搜索围捕过程
5.6 数值仿真2
5.7 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
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下机器人发展趋势及前景[J]. 韦荣伟. 现代制造技术与装备. 2018(02)
[2]基于领航者的多UUV协调编队滑模控制[J]. 李娟,马涛,刘建华. 哈尔滨工程大学学报. 2018(02)
[3]欠驱动AUV路径跟踪反步滑模控制[J]. 王晓伟,冯汉剑,柴玉民. 精密制造与自动化. 2017(04)
[4]人工势场和虚拟结构相结合的多水下机器人编队控制[J]. 潘无为,姜大鹏,庞永杰,李岳明,张强. 兵工学报. 2017(02)
[5]基于阻抗辨识和混杂控制的机器人辅助抗阻训练方法[J]. 徐国政,陈雯,高翔,宋爱国. 机械工程学报. 2016(15)
[6]一种基于切换控制律的机器人双边遥操作方法[J]. 陈章,梁斌,张涛,宋海涛,张博. 宇航学报. 2015(04)
[7]基于反步法的欠驱动船舶镇定控制[J]. 丁福光,吴静,隋玉峰. 计算机仿真. 2013(10)
[8]多自主水下航行器系统一致性编队跟踪控制[J]. 王银涛,严卫生. 控制理论与应用. 2013(03)
[9]基于无源理论的欠驱动AUV直接自适应控制[J]. 夏国清,杨莹,赵为光. 大连海事大学学报. 2012(03)
[10]分布式无源性系统的同步控制与分析[J]. 陈刚,余名. 自动化学报. 2012(05)
博士论文
[1]动力定位船任务驱动的跟踪控制方法研究[D]. 张爱华.哈尔滨工程大学 2014
[2]多动力定位船的协调编队控制方法研究[D]. 焦建芳.哈尔滨工程大学 2014
[3]海况变化时的船舶定点定位切换自适应控制研究[D]. 谢业海.哈尔滨工程大学 2013
[4]基于混杂控制的复杂多智能体网络同步一致性研究[D]. 刘智伟.华中科技大学 2011
[5]多水下机器人协调控制技术研究[D]. 姜大鹏.哈尔滨工程大学 2011
硕士论文
[1]多艘动力定位船舶同步运动控制研究[D]. 马燕芹.哈尔滨工程大学 2015
[2]多模型切换自适应控制系统的研究[D]. 孙利.哈尔滨工业大学 2013
[3]移动机器人的避障及动态围捕研究[D]. 杨曙光.辽宁科技大学 2013
[4]不同海况条件下船舶动力定位混合控制系统设计[D]. 郭娟.上海交通大学 2012
本文编号：3633033
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省211工程院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 国内外多AUV编队研究现状及控制技术
1.2.1 国内外多AUV编队研究现状
1.2.2 国内外多AUV编队控制技术
1.3 混杂切换控制研究现状
1.3.1 混杂切换控制
1.3.2 混杂切换控制研究现状
1.4 论文的主要内容和组织结构
第2章 AUV建模与模型验证
2.1 引言
2.2 运动变量与坐标系之间的转换
2.3 AUV模型构建
2.3.1 运动学方程
2.3.2 动力学方程
2.3.3 AUV水平面方程
2.4 AUV水平面模型验证
2.4.1 AUV水平面直线运动
2.4.2 AUV水平面回转运动
2.5 本章小结
第3章 基于虚拟领航者的多AUV编队轨迹跟踪控制
3.1 引言
3.2 基于有向通信的多AUV无源编队算法
3.2.1 无源性理论
3.2.2 有向图简单介绍
3.2.3 欧拉-拉格朗日误差系统的无源性
3.3 控制策略和导引系统总体设计
3.3.1 控制对象
3.3.2 基于无源性的导引系统设计
3.4 多AUV无源编队轨迹跟踪控制
3.4.1 编队控制器设计
3.4.2 轨迹跟踪控制器设计
3.5 稳定性证明
3.6 数值仿真验证
3.6.1 无海流干扰的条件下
3.6.2 有海流干扰的条件下
3.7 本章小结
第4章 基于虚拟领航者的多AUV定点定位控制
4.1 引言
4.2 反步滑模控制
4.3 多AUV定点定位控制器设计
4.3.1 定点定位目标
4.3.2 基于反步滑模法的定点定位控制器设计
4.3.3 控制器的改进
4.4 稳定性证明
4.5 数值仿真验证
4.6 本章小结
第5章 混杂切换控制在多AUV编队中的应用
5.1 引言
5.2 混杂控制系统
5.2.1 混杂系统的组成部分
5.2.2 切换控制系统
5.3 多AUV混杂编队切换控制系统
5.3.1 混杂编队切换控制系统
5.3.2 切换逻辑与混杂编队切换控制率设计
5.4 数值仿真1
5.5 基于多AUV混杂编队的失能目标物围捕
5.5.1 搜索围捕任务的具体方案
5.5.2 搜索围捕过程
5.6 数值仿真2
5.7 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
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下机器人发展趋势及前景[J]. 韦荣伟. 现代制造技术与装备. 2018(02)
[2]基于领航者的多UUV协调编队滑模控制[J]. 李娟,马涛,刘建华. 哈尔滨工程大学学报. 2018(02)
[3]欠驱动AUV路径跟踪反步滑模控制[J]. 王晓伟,冯汉剑,柴玉民. 精密制造与自动化. 2017(04)
[4]人工势场和虚拟结构相结合的多水下机器人编队控制[J]. 潘无为,姜大鹏,庞永杰,李岳明,张强. 兵工学报. 2017(02)
[5]基于阻抗辨识和混杂控制的机器人辅助抗阻训练方法[J]. 徐国政,陈雯,高翔,宋爱国. 机械工程学报. 2016(15)
[6]一种基于切换控制律的机器人双边遥操作方法[J]. 陈章,梁斌,张涛,宋海涛,张博. 宇航学报. 2015(04)
[7]基于反步法的欠驱动船舶镇定控制[J]. 丁福光,吴静,隋玉峰. 计算机仿真. 2013(10)
[8]多自主水下航行器系统一致性编队跟踪控制[J]. 王银涛,严卫生. 控制理论与应用. 2013(03)
[9]基于无源理论的欠驱动AUV直接自适应控制[J]. 夏国清,杨莹,赵为光. 大连海事大学学报. 2012(03)
[10]分布式无源性系统的同步控制与分析[J]. 陈刚,余名. 自动化学报. 2012(05)
博士论文
[1]动力定位船任务驱动的跟踪控制方法研究[D]. 张爱华.哈尔滨工程大学 2014
[2]多动力定位船的协调编队控制方法研究[D]. 焦建芳.哈尔滨工程大学 2014
[3]海况变化时的船舶定点定位切换自适应控制研究[D]. 谢业海.哈尔滨工程大学 2013
[4]基于混杂控制的复杂多智能体网络同步一致性研究[D]. 刘智伟.华中科技大学 2011
[5]多水下机器人协调控制技术研究[D]. 姜大鹏.哈尔滨工程大学 2011
硕士论文
[1]多艘动力定位船舶同步运动控制研究[D]. 马燕芹.哈尔滨工程大学 2015
[2]多模型切换自适应控制系统的研究[D]. 孙利.哈尔滨工业大学 2013
[3]移动机器人的避障及动态围捕研究[D]. 杨曙光.辽宁科技大学 2013
[4]不同海况条件下船舶动力定位混合控制系统设计[D]. 郭娟.上海交通大学 2012
本文编号：3633033
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/sousuoyinqinglunwen/3633033.html
