水面无人艇的有限时间/固定时间协同编队控制
发布时间：2022-10-10 16:48
过去十年间,水面无人艇（Unmanned Surface Vehicles）广泛应用于海洋监控、深海测绘和海底勘探等领域。对于某些复杂任务,单一水面无人艇难以有效完成,需要多水面无人艇协作,共同完成。水面无人艇编队系统可以有效提高完成任务的效率,是当前学术界和工业界研究的热点。本文就水面无人艇的有限时间/固定时间协同编队控制问题展开研究,主要内容如下:1.建立纵荡、艏摇和横荡三自由度下,水面无人艇的运动学模型。通过建立惯性坐标系和附体坐标系,合理建立水面无人艇的三自由度数学模型;在该模型基础上,通过引入状态和输入变换,将水面无人艇编队的数学模型转化成级联系统形式,便于实现对水面无人艇编队系统的有限时间控制及固定时间控制。2.在系统初始状态已知的前提下,设计一种基于有限时间理论的水面无人艇协同编队控制器,实现了欠驱动水面无人艇的有限时间协同编队控制。在此控制器的作用下,水面无人艇编队的控制过程大致分为两个阶段:第一阶段是编队建立阶段,采用“加幂积分”的方法加速系统的收敛过程,在有限时间内将各水面无人艇控制到集结位置;第二阶段是编队保持阶段,通过设计协同控制律使整个编队以期望的速度朝着指定...
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景和研究意义
1.2 相关研究现状及分析
1.2.1 水面无人艇编队研究现状
1.2.2 有限时间控制研究现状
1.2.3 固定时间控制研究现状
1.2.4 现有研究的不足
1.3 本文的主要工作
第2章 预备知识
2.1 有限时间稳定理论
2.1.1 有限时间稳定性定义
2.1.2 有限时间稳定性判据
2.2 固定时间稳定理论
2.2.1 固定时间稳定性定义
2.2.2 固定时间稳定性判据
2.3 水面无人艇编队通信拓扑
2.4 加幂积分理论
2.5 本文中使用的引理
2.6 本文常用符号表示
第3章 水面无人艇编队系统建模
3.1 引言
3.2 水面无人艇坐标系统
3.2.1 惯性坐标系
3.2.2 附体坐标系
3.3 水面无人艇的运动过程建模
3.4 多水面无人艇的编队系统建模
3.5 本章小结
第4章 水面无人艇有限时间编队控制
4.1 引言
4.2 问题描述
4.3 水面无人艇编队的控制器设计及稳定性分析
4.3.1 水面无人艇的有限时间集结控制器设计
4.3.2 水面无人艇的有限时间集结稳定性分析
4.3.3 多水面无人艇的协同编队控制器设计
4.3.4 多水面无人艇协同编队稳定性分析
4.4 仿真分析
4.5 本章小结
第5章 水面无人艇固定时间编队控制
5.1 引言
5.2 问题描述
5.3 水面无人艇编队控制器的设计及稳定性分析
5.3.1 水面无人艇的固定时间集结控制器设计
5.3.2 水面无人艇的固定时间集结稳定性分析
5.3.3 多水面无人艇协同编队控制器设计
5.3.4 多水面无人艇协同编队稳定性分析
5.4 仿真分析
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间的成果
攻读硕士期间发表的学术论文
攻读硕士期间参与的学科竞赛
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种多UAV虚拟队形制导协同运动控制方法[J]. 李朝旭,刘忠,尹晖,刘志坤. 火力与指挥控制. 2012(11)
[2]遗传算法在舰艇编队电磁频谱管理中的应用[J]. 张春雷,朱强华,夏栋. 舰船电子工程. 2011(08)
[3]基于双水听器的多自主水下航行器协同导航方法[J]. 张立川,徐德民,刘明雍. 系统工程与电子技术. 2011(07)
[4]基于水声传播延迟的主从式多无人水下航行器协同导航定位研究[J]. 张立川,刘明雍,徐德民,严卫生. 兵工学报. 2009(12)
[5]基于遗传算法的海上舰艇编队配置方法研究[J]. 王玮,王军,由大德. 控制与决策. 2003(06)
博士论文
[1]非完整与欠驱动系统的镇定与跟踪控制研究[D]. 张中才.东南大学 2016
硕士论文
[1]无人水面舰艇的协同编队控制策略研究[D]. 刘兆清.江苏科技大学 2018
本文编号：3689999
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景和研究意义
1.2 相关研究现状及分析
1.2.1 水面无人艇编队研究现状
1.2.2 有限时间控制研究现状
1.2.3 固定时间控制研究现状
1.2.4 现有研究的不足
1.3 本文的主要工作
第2章 预备知识
2.1 有限时间稳定理论
2.1.1 有限时间稳定性定义
2.1.2 有限时间稳定性判据
2.2 固定时间稳定理论
2.2.1 固定时间稳定性定义
2.2.2 固定时间稳定性判据
2.3 水面无人艇编队通信拓扑
2.4 加幂积分理论
2.5 本文中使用的引理
2.6 本文常用符号表示
第3章 水面无人艇编队系统建模
3.1 引言
3.2 水面无人艇坐标系统
3.2.1 惯性坐标系
3.2.2 附体坐标系
3.3 水面无人艇的运动过程建模
3.4 多水面无人艇的编队系统建模
3.5 本章小结
第4章 水面无人艇有限时间编队控制
4.1 引言
4.2 问题描述
4.3 水面无人艇编队的控制器设计及稳定性分析
4.3.1 水面无人艇的有限时间集结控制器设计
4.3.2 水面无人艇的有限时间集结稳定性分析
4.3.3 多水面无人艇的协同编队控制器设计
4.3.4 多水面无人艇协同编队稳定性分析
4.4 仿真分析
4.5 本章小结
第5章 水面无人艇固定时间编队控制
5.1 引言
5.2 问题描述
5.3 水面无人艇编队控制器的设计及稳定性分析
5.3.1 水面无人艇的固定时间集结控制器设计
5.3.2 水面无人艇的固定时间集结稳定性分析
5.3.3 多水面无人艇协同编队控制器设计
5.3.4 多水面无人艇协同编队稳定性分析
5.4 仿真分析
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间的成果
攻读硕士期间发表的学术论文
攻读硕士期间参与的学科竞赛
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种多UAV虚拟队形制导协同运动控制方法[J]. 李朝旭,刘忠,尹晖,刘志坤. 火力与指挥控制. 2012(11)
[2]遗传算法在舰艇编队电磁频谱管理中的应用[J]. 张春雷,朱强华,夏栋. 舰船电子工程. 2011(08)
[3]基于双水听器的多自主水下航行器协同导航方法[J]. 张立川,徐德民,刘明雍. 系统工程与电子技术. 2011(07)
[4]基于水声传播延迟的主从式多无人水下航行器协同导航定位研究[J]. 张立川,刘明雍,徐德民,严卫生. 兵工学报. 2009(12)
[5]基于遗传算法的海上舰艇编队配置方法研究[J]. 王玮,王军,由大德. 控制与决策. 2003(06)
博士论文
[1]非完整与欠驱动系统的镇定与跟踪控制研究[D]. 张中才.东南大学 2016
硕士论文
[1]无人水面舰艇的协同编队控制策略研究[D]. 刘兆清.江苏科技大学 2018
本文编号：3689999
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