【摘要】：在水下無人航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)的關(guān)鍵技術(shù)中,運動控制技術(shù)是保證UUV執(zhí)行勘測、偵察任務(wù)順利完成的關(guān)鍵技術(shù)之一。時滯因素和模型不確定性因素普遍存在于欠驅(qū)動UUV運動控制系統(tǒng)中,通過分析國內(nèi)外欠驅(qū)動UUV運動控制的研究成果發(fā)現(xiàn),為簡化欠驅(qū)動UUV運動控制器的設(shè)計,通常忽略輸入時延因素。然而,對于實時性要求高的欠驅(qū)動UUV運動控制系統(tǒng),即使是較小的輸入時滯,也將會造成嚴(yán)重的負(fù)面影響。因此,本文對時滯下欠驅(qū)動UUV受模型不確定性以及外界干擾的約束下的鎮(zhèn)定控制和軌跡跟蹤控制問題進(jìn)行了深入的研究。首先,通過分析欠驅(qū)動UUV的運動規(guī)律,建立欠驅(qū)動UUV的六自由度運動模型,并詳細(xì)分析了時滯引入對系統(tǒng)控制性能的影響。引入用于時滯系統(tǒng)控制分析的控制理論基礎(chǔ)——Lyapunov-Krasovskii穩(wěn)定性理論,并介紹了時滯系統(tǒng)控制器設(shè)計用到的工具(線性矩陣不等式、時滯處理的常用不等式)。歸納總結(jié)了引入時滯的欠驅(qū)動UUV運動控制器設(shè)計必須考慮的約束條件。其次,針對輸入時滯約束下的欠驅(qū)動UUV三維空間的鎮(zhèn)定控制問題,為了更易于工程實現(xiàn),設(shè)計了時滯狀態(tài)反饋控制器。通過引入自由權(quán)矩陣,Moon不等式以及Jensen不等式來降低引入Lyapunov-Krasovskii泛函帶來的保守性,進(jìn)而導(dǎo)出易于求解的LMI形式的穩(wěn)定條件,并通過對比仿真實驗的方式證明了所設(shè)計控制律對執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入時滯的魯棒性。再次,針對輸入時滯和模型參數(shù)不確定共同約束下的欠驅(qū)動UUV三維空間鎮(zhèn)定控制,設(shè)計了時滯狀態(tài)反饋鎮(zhèn)定控制器。通過分析欠驅(qū)動UUV參數(shù)不確定性的來源,考慮欠驅(qū)動UUV慣性矩陣系數(shù)的攝動。在此條件下,改進(jìn)時滯狀態(tài)反饋控制器,給出能保證系統(tǒng)的一致漸近穩(wěn)定的狀態(tài)反饋控制律,并通過LMI方法來求解狀態(tài)反饋控制器的增益系數(shù)。設(shè)計了參數(shù)攝動范數(shù)有界下的時滯鎮(zhèn)定控制對比仿真實驗,結(jié)果說明了所設(shè)計控制律對參數(shù)攝動的魯棒性。最后,針對輸入時滯、模型參數(shù)不確定性和外界干擾共同約束下的欠驅(qū)動UUV軌跡跟蹤控制問題,設(shè)計了積分滑�？刂破鳌楸阌谟懻�,對欠驅(qū)動UUV輸入時滯模型進(jìn)行簡化,將系統(tǒng)劃分為由運動學(xué)子系統(tǒng)和動力學(xué)子系統(tǒng)組成的級聯(lián)系統(tǒng),并建立軌跡跟蹤位姿和速度誤差方程�；诩壜�(lián)系統(tǒng)控制器的設(shè)計方法,分別針對軌跡跟蹤位置和速度誤差設(shè)計積分時滯滑模控制律。通過構(gòu)造合適形式的Lyqpunov-Krasovskii泛函分析子系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并給出LMI形式的全局穩(wěn)定性結(jié)論。針對UUV時滯設(shè)計了對比仿真實驗,仿真結(jié)果表明所提控制律實現(xiàn)了欠驅(qū)動UUV對期望軌跡快速且平穩(wěn)的跟蹤。
【圖文】：

析的理論基礎(chǔ)，將重點介紹 UUV 運先，建立 UUV 模型所用到的坐標(biāo)系統(tǒng)維運動模型的一般方程；其次，對 U后，，介紹適用于時滯非線性系統(tǒng)的穩(wěn)。模需要考慮多種因素對 UUV 的影響，了方便后文的理論推導(dǎo)與分析，我們定坐標(biāo)系和剛體坐標(biāo)系，如圖 2.1 所 ψOξ
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U674.941

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本文編號：2609929