小型自主水下航行器运动控制研究

发布时间：2017-07-04 19:18

  本文关键词：小型自主水下航行器运动控制研究

  更多相关文章： 小型自主水下航行器 动态滑模控制 干扰观测器 航向跟踪控制 轴向跟踪控制

【摘要】：小型自主水下航行器(UUV:Unmanned Underwater Vehicle or AUV:Autonomous Underwater Vehicle),具有高度的自主性、精确的跟踪和控制能力,可通过遥控或自主导航控制的方式在水下运动完成水下任务。本文针对小型水下航行器的多自由度强耦合、非线性系统,考虑外界复杂水流干扰及自身建模误差等不确定性因素的影响,针对AUV的二维平面运动,采用动态滑模控制以及基于非线性干扰观测器(NDO:Nonlinear Disturbance Observer)的方法,设计了航向跟踪控制器;采用自适应滑模控制器设计轴向控制器,建立轴向跟踪控制算法,实现了对航向和轴向的快速、精确的跟踪响应控制,仿真验证了水下航行器平面运动控制与所设计算法的有效性和准确性。本文研究工作如下:第一部分:模型建立。建立了AUV的空间运动体坐标系,根据地面惯性坐标系和体坐标系之间的转换关系建立了水下航行器空间六自由度数学模型;针对数学模型中存在的未建模动态和外界环境干扰等因素等效的系统总干扰项,将AUV数学模型按照运动平面解耦方法简化为航向角运动模型和轴向运动模型。第二部分:航向控制器设计。考虑到AUV航向运动控制的复杂性以及外界不同程度的水流干扰,设计可根据不同干扰自动选取不同控制方法的智能航向控制器,仿真验证了该控制策略的有效性和智能性,实现了对参考航向的快速、精确跟踪。第三部分:轴向控制器设计。针对轴向运动控制的特殊性,选取了自适应反演滑模控制策略,设计了轴向运动控制器,仿真研究结果验证了跟踪控制的稳定性和精确性。
【关键词】：小型自主水下航行器 动态滑模控制 干扰观测器 航向跟踪控制 轴向跟踪控制
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.82
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 引言10-11
• 1.2 自主水下航行器国内外研究状况11-15
• 1.2.1 自主水下航行器国外研究现状11-13
• 1.2.2 自主水下航行器国内研究现状13
• 1.2.3 水下航行器运动控制技术研究现状13-15
• 1.3 本文的主要研究内容与结构安排15-17
• 第2章 水下航行器运动控制数学模型17-24
• 2.1 引言17
• 2.2 水下航行器物理模型17-18
• 2.3 水下航行器的平面数学模型18-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 水下航行器航向控制器设计24-49
• 3.1 引言24
• 3.2 滑模变结构原理24-27
• 3.2.1 滑模变结构的基本定义及特点24-26
• 3.2.2 滑模变结构控制系统的特点26-27
• 3.3 滑模变结构控制系统的抖振问题27-29
• 3.3.1 抖振产生的原因28
• 3.3.2 消弱抖振的方法28-29
• 3.4 基于动态滑模控制的航向跟踪控制器设计29-37
• 3.4.1 系统描述30-32
• 3.4.2 控制器设计32-34
• 3.4.3 仿真研究34-37
• 3.5 基于自适应反演滑模控制的航向跟踪控制器设计37-41
• 3.5.1 反步自适应控制方法37
• 3.5.2 控制器设计37-39
• 3.5.3 仿真研究39-41
• 3.6 基于NDO的航向跟踪控制器设计41-46
• 3.6.1 干扰观测器介绍41-43
• 3.6.2 控制器设计43-44
• 3.6.3 仿真研究44-46
• 3.7 智能航向控制器设计46-48
• 3.7.1 智能系统描述46
• 3.7.2 仿真研究46-48
• 3.8 本章小结48-49
• 第4章 水下航行器轴向运动控制研究49-55
• 4.1 引言49
• 4.2 轴向运动模型的建立49-50
• 4.3 自适应反演控制器设计50-52
• 4.3.1 简化后的轴向运动模型建立50
• 4.3.2 自适应反演控制器设计50-52
• 4.4 仿真研究52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 结论55-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果61-62
• 致谢62

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本文编号：519052