【摘要】：無人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle,簡(jiǎn)稱UUV)在海洋的開發(fā)利用、海洋權(quán)益保護(hù)和海防安全中發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步,UUV的研究正朝著智能化、編隊(duì)協(xié)同和群體自治的方向發(fā)展。采用傳統(tǒng)的方法對(duì)UUV編隊(duì)進(jìn)行控制需要依賴UUV動(dòng)力學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,而UUV工作在復(fù)雜多變的水下環(huán)境中,受洋流、潮汛、風(fēng)浪、溫度、水深以及其他多種不確定性因素的影響,已有的UUV的動(dòng)力學(xué)模型很難反映出UUV的實(shí)際受力情況,同時(shí)在水下獲取的UUV位置、速度等信息存在一定的偏差,因此本文對(duì)于具有高度非線性和不確定性并且難以建立動(dòng)力學(xué)模型的UUV編隊(duì)采用模糊控制的方法,根據(jù)人類對(duì)UUV運(yùn)動(dòng)的理解設(shè)計(jì)模糊規(guī)則,僅在運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的層次上研究對(duì)UUV編隊(duì)的控制。本文將UUV的編隊(duì)活動(dòng)分為編隊(duì)生成和編隊(duì)航行兩個(gè)過程,編隊(duì)生成過程包括編隊(duì)生成和避障/避碰兩個(gè)基礎(chǔ)行為,編隊(duì)航行包括軌跡跟蹤、隊(duì)形保持、隊(duì)形變換三個(gè)基礎(chǔ)行為。UUV編隊(duì)生成過程中使用編隊(duì)位置分派的方法,提前設(shè)置生成編隊(duì)時(shí)每個(gè)UUV的目標(biāo)位置,并設(shè)計(jì)了模糊控制器控制每個(gè)UUV到達(dá)各自的目標(biāo)位置。針對(duì)UUV編隊(duì)航行問題,首先對(duì)導(dǎo)航點(diǎn)進(jìn)行了插值,實(shí)現(xiàn)單個(gè)虛擬UUV對(duì)該航路的跟蹤,然后提出了虛擬結(jié)構(gòu)和虛擬領(lǐng)航者相結(jié)合的隊(duì)形控制方法,利用隊(duì)形向量實(shí)現(xiàn)UUV編隊(duì)的隊(duì)形保持和隊(duì)形變換,通過生成虛擬航路將隊(duì)形保持和隊(duì)形變換問題轉(zhuǎn)換為軌跡跟蹤問題,并設(shè)計(jì)了控制該過程的模糊控制器。最終通過對(duì)UUV編隊(duì)生成和編隊(duì)航行兩個(gè)過程中各個(gè)基礎(chǔ)行為的分布式控制實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)UUV編隊(duì)的控制。文章最后設(shè)計(jì)了仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文編隊(duì)控制方法的可行性和相應(yīng)模糊控制器設(shè)計(jì)的合理性。
【圖文】：

各UUV采樣點(diǎn)連接成的路徑

中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 5-11 所示，進(jìn)行單個(gè)虛擬 UUV 軌跡跟蹤時(shí)采樣速度的變化，增加最后穩(wěn)定在 3.5m s 左右，由于采樣點(diǎn)較多，，這里只顯示了的速度，后面的速度都是 3.5 左右，沒有顯示出來，主要是變化的過程。圖 5-12 為每次采樣時(shí) UUV 實(shí)際的位置和理想位差較大，但是隨著 UUV 速度的增加位置偏差逐漸減小，說明實(shí)蹤的軌跡基本重合。同樣本文對(duì)三次函數(shù)曲線和橢圓曲線進(jìn)行如圖 5-13 和圖 5-14 所示。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U674.941;TP273.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2691364