欠驱动AUV水平面轨迹跟踪控制算法研究
发布时间：2021-10-17 16:54
随着人类社会的不断进步和发展,对于海洋的开发与利用显得尤其重要,海洋作为世界上蕴含资源最多的地方,无时无刻不在吸引着人们的探索。在最近的几十年里,自主水下航行器（AUVs）由于在许多领域,包括海洋勘探、海洋制图、水下管道检查、科学和军事等任务中的广泛应用,从而成为了诸多海洋研究工作的焦点。由于AUV的模型特性（非线性、耦合性、不确定性）,在实际应用中水下存在的诸多外界干扰,以及大多数AUV为了减轻重量等考虑都采用了欠驱动的形式,这些都使得AUV的控制系统设计成为了其发展道路上的最大难点之一。所以对欠驱动AUV的鲁棒控制研究是很有必要的。首先本文建立了欠驱动AUV的六自由度运动学以及动力学模型,并基于文献,同时考虑参数不确定性,建立了欠驱动AUV的水平面标称运动模型和参数不确定模型。其次,针对具有参数不确定性的欠驱动AUV水平面轨迹跟踪问题,设计了一种终端滑模控制器,并用李雅普诺夫稳定性理论证明了该控制系统的闭环稳定性。并对两种模型进行了相应的数值仿真。仿真结果表明,即使存在参数不确定性,所提出的控制器也能较好的跟踪所给出的期望轨迹,证明了所提出控制策略对参数不确定性具有良好的鲁棒性。接...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
小型超空泡武器作战设想方案
电子科技大学硕士学位论文6图1-3远程海洋环境监测平台图1-4NPSARIESAUV美国海军空间与海战中心主要的职责是指挥AUV进行海洋勘测与战时准备、研究如何在深海进行通信、加强对于非金属材料的研究与应用。该职能机构已经研发出了三个运载装置：高级人搜索系统（AdvancedUnmannedSearchSystem,AUSS）、自游者II（FreeSwimmerII-SFII）和飞行插塞（FlyingPlug）。AUSS本质上说是一种鱼雷形状的AUV，它可以在深海中进行目标搜寻，如图1-5所示，它长为全长5200mm，直径800mm，重量可达1230kg，它可以持续在最高速度6节的状态下工作10小时，配置了20kWh银锌电池，使用2个垂直推进器和2个纵向推进器提供动力。并且AUSS也可以在深海中完成通信，它仅需要常规搜寻系统的十分之一的时间来搜索到目标。图1-6显示的是麻省理工学院所研究的ODYSSEYIIAUV，可以用来在深海中进行样本获取，并且可以有强地躲避障碍物的能力。该AUV长度为2200mm，直径580mm，重量200kg，可以连续保持8小时的工作。当前对于UUV的研发工作，主要由美国海军研究局的工程部、材料部等部门承担，研究的主要内容集中在如何提高UVV的续航能力、更加有效地利用能源、
第一章绪论7处理信号，提升UVV的通信能力与设计能力等。图1-5AUSS图1-6麻省理工学院研制的ODYSSEYIIAUV（2）英国尽管英国国防研究机构是研发AUV的主导力量，然而其它的私营企业也在不断加强对于AUV技术的研制与应用。英国BAE系统新开发一种产品称作“护身符”，它的体形像乌龟，正如1-7图所显示，它的隐身性能良好，并且此产品可以实现多种功能，可以在水下完成多种任务。它可以在水下探寻目标、获取并且记录信息、对敌方目标加强监视、获取敌军的移动信息等。它的系统设计开放性较高，这样有利于进行系统软件的配置与升级，不仅加以运载永久性的载荷，也可以携带其它类型的载荷；基础配置具备导航作用，其余的载荷可以由航行器需要执行的工作来决定，它们配备了光学传感装置、摄像设备及其它的UUV等。比如“喷水鱼”（Archerfish）灭雷系统，它依靠卫星进行通信，在水下主要依靠声学进行通信。2006年11月，“护身符”AUV在海洋进行了测试，通过远程遥控测试了喷水鱼”灭雷[6]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于高增益观测器的AUV水平面轨迹跟踪控制[J]. 杨泽文,贾鹤鸣,宋文龙,朱传旭,周佳加,李元. 计算机工程与应用. 2017(11)
[2]基于积分滑模的欠驱动UUV地形跟踪控制[J]. 严浙平,于浩淼,李本银,周佳加. 哈尔滨工程大学学报. 2016(05)
[3]具有PID反馈增益的自主水下航行器反步法变深控制[J]. 王宏健,陈子印,贾鹤鸣,李娟. 控制理论与应用. 2012(09)
[4]Design of an Adaptive Controller for Dive-plane Control of a Torpedo-shaped AUV[J]. Jian Cao, Yumin Su and Jinxin Zhao State Key Laboratory of Autonomous Underwater Vehicle, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China. Journal of Marine Science and Application. 2011(03)
[5]基于动态边界层的水下航行器滑模轨迹跟踪[J]. 曹永辉. 计算机仿真. 2009(05)
[6]一种远程自主水下航行器纵向滑模控制研究[J]. 严卫生,高剑,杨立,崔荣鑫. 西北工业大学学报. 2007(04)
[7]美国海军水下无人航行器发展综述[J]. 袁思鸣,陈强. 中外船舶科技. 2006 (04)
[8]国外自治水下机器人发展现状综述[J]. 冯正平. 鱼雷技术. 2005(01)
博士论文
[1]复杂环境下自主式水下航行器动力定位技术研究[D]. 曹永辉.西北工业大学 2006
[2]变结构控制理论若干问题研究及其应用[D]. 庄开宇.浙江大学 2002
本文编号：3442105
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
小型超空泡武器作战设想方案
电子科技大学硕士学位论文6图1-3远程海洋环境监测平台图1-4NPSARIESAUV美国海军空间与海战中心主要的职责是指挥AUV进行海洋勘测与战时准备、研究如何在深海进行通信、加强对于非金属材料的研究与应用。该职能机构已经研发出了三个运载装置：高级人搜索系统（AdvancedUnmannedSearchSystem,AUSS）、自游者II（FreeSwimmerII-SFII）和飞行插塞（FlyingPlug）。AUSS本质上说是一种鱼雷形状的AUV，它可以在深海中进行目标搜寻，如图1-5所示，它长为全长5200mm，直径800mm，重量可达1230kg，它可以持续在最高速度6节的状态下工作10小时，配置了20kWh银锌电池，使用2个垂直推进器和2个纵向推进器提供动力。并且AUSS也可以在深海中完成通信，它仅需要常规搜寻系统的十分之一的时间来搜索到目标。图1-6显示的是麻省理工学院所研究的ODYSSEYIIAUV，可以用来在深海中进行样本获取，并且可以有强地躲避障碍物的能力。该AUV长度为2200mm，直径580mm，重量200kg，可以连续保持8小时的工作。当前对于UUV的研发工作，主要由美国海军研究局的工程部、材料部等部门承担，研究的主要内容集中在如何提高UVV的续航能力、更加有效地利用能源、
第一章绪论7处理信号，提升UVV的通信能力与设计能力等。图1-5AUSS图1-6麻省理工学院研制的ODYSSEYIIAUV（2）英国尽管英国国防研究机构是研发AUV的主导力量，然而其它的私营企业也在不断加强对于AUV技术的研制与应用。英国BAE系统新开发一种产品称作“护身符”，它的体形像乌龟，正如1-7图所显示，它的隐身性能良好，并且此产品可以实现多种功能，可以在水下完成多种任务。它可以在水下探寻目标、获取并且记录信息、对敌方目标加强监视、获取敌军的移动信息等。它的系统设计开放性较高，这样有利于进行系统软件的配置与升级，不仅加以运载永久性的载荷，也可以携带其它类型的载荷；基础配置具备导航作用，其余的载荷可以由航行器需要执行的工作来决定，它们配备了光学传感装置、摄像设备及其它的UUV等。比如“喷水鱼”（Archerfish）灭雷系统，它依靠卫星进行通信，在水下主要依靠声学进行通信。2006年11月，“护身符”AUV在海洋进行了测试，通过远程遥控测试了喷水鱼”灭雷[6]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于高增益观测器的AUV水平面轨迹跟踪控制[J]. 杨泽文,贾鹤鸣,宋文龙,朱传旭,周佳加,李元. 计算机工程与应用. 2017(11)
[2]基于积分滑模的欠驱动UUV地形跟踪控制[J]. 严浙平,于浩淼,李本银,周佳加. 哈尔滨工程大学学报. 2016(05)
[3]具有PID反馈增益的自主水下航行器反步法变深控制[J]. 王宏健,陈子印,贾鹤鸣,李娟. 控制理论与应用. 2012(09)
[4]Design of an Adaptive Controller for Dive-plane Control of a Torpedo-shaped AUV[J]. Jian Cao, Yumin Su and Jinxin Zhao State Key Laboratory of Autonomous Underwater Vehicle, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China. Journal of Marine Science and Application. 2011(03)
[5]基于动态边界层的水下航行器滑模轨迹跟踪[J]. 曹永辉. 计算机仿真. 2009(05)
[6]一种远程自主水下航行器纵向滑模控制研究[J]. 严卫生,高剑,杨立,崔荣鑫. 西北工业大学学报. 2007(04)
[7]美国海军水下无人航行器发展综述[J]. 袁思鸣,陈强. 中外船舶科技. 2006 (04)
[8]国外自治水下机器人发展现状综述[J]. 冯正平. 鱼雷技术. 2005(01)
博士论文
[1]复杂环境下自主式水下航行器动力定位技术研究[D]. 曹永辉.西北工业大学 2006
[2]变结构控制理论若干问题研究及其应用[D]. 庄开宇.浙江大学 2002
本文编号：3442105
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