输入增益未知多无人船的防碰撞时变队形控制
发布时间：2021-12-25 09:46
近些年来,随着海洋空间中水面作业任务逐渐向复杂化、规模化方向发展,无人船技术的研究趋势也从单一无人船向多无人船协同编队技术拓展。相比单一的无人船控制,多无人船的工作效率更高,容错性更好,并且适应能力更强,在环境监测、搜索救援、资源探测、舰队补给等民用和军事领域都有广泛的应用。在此背景下,多无人船控制技术正受到前所未有的关注,如何实现多无人船在水面上的编队航行,以及如何处理危急状况时的避障问题已成为无人船问题研究中的重点方向。本文基于实际问题的需要,研究了一类欠驱动自主水面无人船在未知输入增益、模型不确定和海洋扰动条件下的分布式时变编队控制问题。具体研究工作包括:第一,针对模型参数不确定,未知海洋环境扰动和输入增益未知的欠驱动无人船编队控制问题,提出了一种具有避障和连通保持功能的单路径导引分布式时变编队控制方法。在运动学层面,提出了一种基于一致性方法、路径跟踪设计、人工势能函数和辅助变量方法的分布式制导控制律;在动力学层面,基于间接模型参考自适应控制方法,设计了一种自适应动力学控制律,利用神经估计器识别未知输入增益、模型不确定性和海洋扰动。基于间接参考模型自适应的动力学控制方法能够保证速...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．４以色列“保护者”和“银ｆｅ马碎鱼”无人艇??Ｆｉｇ．?１．４?Ｒｓｒａｅｌ?“Ｐｒｏｔｅｃｔｏｒ”?ａｎｄ?“Ｓｉｌｖｅｒ?Ｍａｒｌｉｎ”?ＵＳ?Ｖｓ??过去的十年，是国内无人艇快速发展的重要时期
图１．５上海大学“精海８号”和大连海事大学“蓝信号”??Ｆｉｇ．?１．５?“Ｊｉｎｇｈａｉ”?ＸＪＳＶ?ａｎｄ?“Ｌａｎｘｉｎ”?ＵＳＶ??
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???３．２问题描述??本文研宄的是欠驱动无人船的时变编队避碰控制问题，欠驱动无人船数学模型的建??立一般基于地球坐标系和船体坐标系，如图３．１所示。??、、＇、？?１?＾???＞??图３．１路径导引时变编队控制运动模型??Ｆｉｇ．?３．１?Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐａｔｈ－ｇｕｉｄｅｄ?ｔｉｍｅ－ｖａｒｙｉｎｇ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｃｏｎｔｒｏｌ??由Ｍ个欠驱动无人船组成的编队系统中，第ｉ艘船的运动学方程为：??Ｘｆ?＝?ｕ．?ｃｏｓ?ｙ／ｉｂ?－?ｖ．?ｓｉｎ?ｉ／／ｊｂ??＾?ｙ｛?－?ｓｉｎ?ｙ／ｉｈ?＋?ｃｏｓｙ／ｉｂ?（３．１）??Ｖｉｂ?＝?ｒｉ??其中，〇ｃ，，：〇表示欠驱动无人船在地球坐标系下的质心位置，％，表示艏向角；Ｍ，，Ｖ，和ｒ，??分别表示欠驱动无人船在船体坐标系中的前向速度，横漂速度和艏摇角速度。??假设无人船关于中心轴对称，考虑未知输入增益，模型不确定性和海洋扰动对无人??船的作用，则第ｉ艘欠驱动无人船的动力学方程可以表示为：??ｗ，丨Ａ?＝?乂，，?（Ｗ）＋ｒ，＂?＋??，ＷＪｌｖＶｉ＝／ｖ（？Ｐｖ１＾）＋＾ｗ?（３．２）??＝ｆｉｒ＾ｉ＾ｉ，ｒｉ）＋Ｔｉｒ?＋?Ｔｉｒｗ??其中，，《；？＝％－尤，》１｜．１）＝所；－｝＾，％＝／；！－义。／？／表不无入船的重量，／２表不关于乙轴??的转动惯量，名ｉ，农，木．表示水动力参数，表示包括科氏力与向心力、水??动力阻尼效应和未建模动态的非线性函数，ｒ；？和ｒ，ｖ分别表示前向推力和艏摇力矩，??表示由风，浪，流等＇海＇洋环境弓Ｉ起的时变海洋扰动。??Ｉ
【参考文献】：
期刊论文
[1]海上无人装备关键技术与智能演进展望[J]. 金克帆,王鸿东,易宏,刘旌扬,王健. 中国舰船研究. 2018(06)
[2]Saturated coordinated control of multiple underactuated unmanned surface vehicles over a closed curve[J]. Lu LIU,Dan WANG,Zhouhua PENG,Hugh H.T.LIU. Science China（Information Sciences）. 2017(07)
[3]Predictor-based neural dynamic surface control for distributed formation tracking of multiple marine surface vehicles with improved transient performance[J]. Zhouhua PENG,Dan WANG,Tieshan LI. Science China（Information Sciences）. 2016(09)
[4]USV发展现状及展望[J]. 柳晨光,初秀民,吴青,王桂冲. 中国造船. 2014(04)
[5]海洋机器人30年[J]. 封锡盛,李一平. 科学通报. 2013(S2)
[6]水面无人艇发展与应用[J]. 李家良. 火力与指挥控制. 2012(06)
本文编号：3552234
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．４以色列“保护者”和“银ｆｅ马碎鱼”无人艇??Ｆｉｇ．?１．４?Ｒｓｒａｅｌ?“Ｐｒｏｔｅｃｔｏｒ”?ａｎｄ?“Ｓｉｌｖｅｒ?Ｍａｒｌｉｎ”?ＵＳ?Ｖｓ??过去的十年，是国内无人艇快速发展的重要时期
图１．５上海大学“精海８号”和大连海事大学“蓝信号”??Ｆｉｇ．?１．５?“Ｊｉｎｇｈａｉ”?ＸＪＳＶ?ａｎｄ?“Ｌａｎｘｉｎ”?ＵＳＶ??
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???３．２问题描述??本文研宄的是欠驱动无人船的时变编队避碰控制问题，欠驱动无人船数学模型的建??立一般基于地球坐标系和船体坐标系，如图３．１所示。??、、＇、？?１?＾???＞??图３．１路径导引时变编队控制运动模型??Ｆｉｇ．?３．１?Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐａｔｈ－ｇｕｉｄｅｄ?ｔｉｍｅ－ｖａｒｙｉｎｇ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｃｏｎｔｒｏｌ??由Ｍ个欠驱动无人船组成的编队系统中，第ｉ艘船的运动学方程为：??Ｘｆ?＝?ｕ．?ｃｏｓ?ｙ／ｉｂ?－?ｖ．?ｓｉｎ?ｉ／／ｊｂ??＾?ｙ｛?－?ｓｉｎ?ｙ／ｉｈ?＋?ｃｏｓｙ／ｉｂ?（３．１）??Ｖｉｂ?＝?ｒｉ??其中，〇ｃ，，：〇表示欠驱动无人船在地球坐标系下的质心位置，％，表示艏向角；Ｍ，，Ｖ，和ｒ，??分别表示欠驱动无人船在船体坐标系中的前向速度，横漂速度和艏摇角速度。??假设无人船关于中心轴对称，考虑未知输入增益，模型不确定性和海洋扰动对无人??船的作用，则第ｉ艘欠驱动无人船的动力学方程可以表示为：??ｗ，丨Ａ?＝?乂，，?（Ｗ）＋ｒ，＂?＋??，ＷＪｌｖＶｉ＝／ｖ（？Ｐｖ１＾）＋＾ｗ?（３．２）??＝ｆｉｒ＾ｉ＾ｉ，ｒｉ）＋Ｔｉｒ?＋?Ｔｉｒｗ??其中，，《；？＝％－尤，》１｜．１）＝所；－｝＾，％＝／；！－义。／？／表不无入船的重量，／２表不关于乙轴??的转动惯量，名ｉ，农，木．表示水动力参数，表示包括科氏力与向心力、水??动力阻尼效应和未建模动态的非线性函数，ｒ；？和ｒ，ｖ分别表示前向推力和艏摇力矩，??表示由风，浪，流等＇海＇洋环境弓Ｉ起的时变海洋扰动。??Ｉ
【参考文献】：
期刊论文
[1]海上无人装备关键技术与智能演进展望[J]. 金克帆,王鸿东,易宏,刘旌扬,王健. 中国舰船研究. 2018(06)
[2]Saturated coordinated control of multiple underactuated unmanned surface vehicles over a closed curve[J]. Lu LIU,Dan WANG,Zhouhua PENG,Hugh H.T.LIU. Science China（Information Sciences）. 2017(07)
[3]Predictor-based neural dynamic surface control for distributed formation tracking of multiple marine surface vehicles with improved transient performance[J]. Zhouhua PENG,Dan WANG,Tieshan LI. Science China（Information Sciences）. 2016(09)
[4]USV发展现状及展望[J]. 柳晨光,初秀民,吴青,王桂冲. 中国造船. 2014(04)
[5]海洋机器人30年[J]. 封锡盛,李一平. 科学通报. 2013(S2)
[6]水面无人艇发展与应用[J]. 李家良. 火力与指挥控制. 2012(06)
本文编号：3552234
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