【摘要】：水面無人艇作為海洋和湖泊中的新一代無人智能平臺(tái),具有便攜、空間利用率高、隱蔽性強(qiáng)、機(jī)動(dòng)性高、制作成本低等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)已成功應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、海上搜救以及海事安全等領(lǐng)域。水面艇擁有三個(gè)自由度,然而現(xiàn)有水面艇通常只有兩個(gè)動(dòng)力輸入,屬于一類典型的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。軌跡跟蹤控制是水面艇運(yùn)動(dòng)控制的一個(gè)重要任務(wù),對(duì)系統(tǒng)的跟蹤誤差進(jìn)行預(yù)設(shè)性能控制設(shè)計(jì)可以有效提高控制系統(tǒng)的性能。目前單個(gè)無人艇的能力仍然十分有限,難以完成一些較復(fù)雜的任務(wù)。多個(gè)無人艇的編隊(duì)控制可以有效地提升無人艇執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的能力。因此,研究欠驅(qū)動(dòng)水面無人艇的軌跡跟蹤及編隊(duì)控制問題具有重要的實(shí)際工程價(jià)值與理論意義。本文深入地研究了一類具有預(yù)設(shè)性能的水面無人艇系統(tǒng)的軌跡跟蹤與編隊(duì)控制設(shè)計(jì)問題。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括如下:第二章針對(duì)一類欠驅(qū)動(dòng)水面無人艇系統(tǒng),基于后推設(shè)計(jì)方法和李雅普諾夫穩(wěn)定性理論,研究了無人艇的軌跡跟蹤控制器設(shè)計(jì)問題。首先對(duì)系統(tǒng)的輸出跟蹤誤差進(jìn)行預(yù)先約束,基于預(yù)設(shè)性能控制技術(shù)提出跟蹤控制器的設(shè)計(jì)方法。該方法既避免了控制器可能存在的奇異問題,又確保了輸出誤差滿足預(yù)先設(shè)定的穩(wěn)態(tài)性能和暫態(tài)性能。在控制器設(shè)計(jì)過程中,引入動(dòng)態(tài)面控制技術(shù),避免了虛擬控制器的求導(dǎo)問題,降低了控制系統(tǒng)的計(jì)算量。設(shè)計(jì)擾動(dòng)觀測(cè)器用于估計(jì)系統(tǒng)的未知外部時(shí)變擾動(dòng),并在控制器中給予補(bǔ)償。本章進(jìn)一步討論了系統(tǒng)存在不確定動(dòng)態(tài)的情形,應(yīng)用自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)在線估計(jì)系統(tǒng)的不確定動(dòng)態(tài),并設(shè)計(jì)擾動(dòng)觀測(cè)器用于估計(jì)系統(tǒng)的未知時(shí)變擾動(dòng)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近誤差。仿真實(shí)例驗(yàn)證了所提出的設(shè)計(jì)方法的有效性。第三章研究了基于領(lǐng)導(dǎo)-跟隨者編隊(duì)結(jié)構(gòu)的水面無人艇編隊(duì)控制問題。該問題的控制目標(biāo)是設(shè)計(jì)編隊(duì)控制器使得跟隨者與其領(lǐng)導(dǎo)者之間始終保持在一定的通訊范圍內(nèi),同時(shí)確保兩者之間不會(huì)發(fā)生碰撞,即要求領(lǐng)導(dǎo)者與對(duì)應(yīng)跟隨者之間的距離在一個(gè)預(yù)設(shè)的可行范圍內(nèi)�；陬A(yù)設(shè)性能控制方法設(shè)計(jì)編隊(duì)控制器使得跟隨者與其領(lǐng)導(dǎo)者之間的距離始終保持在預(yù)設(shè)的可行范圍內(nèi)。仿真結(jié)果說明了所提出的編隊(duì)控制方法的可行性。最后總結(jié)了本文的主要工作,并給出下一步的研究工作。
【圖文】：

2.1：水面無人艇系統(tǒng)模型中的外部擾動(dòng) = ( ) ( ) ( ) 的，但是 以及它的一次導(dǎo)數(shù) 都是有界的。 2.2：水面無人艇跟蹤的參考軌跡 = 是時(shí)間 t 的光滑函及 都是有界的。YX (航向角) ( )無人艇位置 (前進(jìn)速度) (航向角速度) (橫蕩速度)

圖 2-2 實(shí)際軌跡與參考軌跡的相平面圖圖 2-2，圖中實(shí)線部分為無人艇的實(shí)際軌跡，點(diǎn)劃線部分為設(shè)定的參考的初始點(diǎn)為(0,20)，參考軌跡的初始點(diǎn)為(0,0)，初始誤差為 20 米，由圖可以看出，在較短的航行距離內(nèi)無人艇就較好的跟蹤了參考軌跡，且之參考軌跡的效果較好。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U675.7

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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本文編號(hào)：2622281