【摘要】：水下無人航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)的動態(tài)控位過程,即指在環(huán)境干擾下,UUV通過各個推進器裝置,實時輸出控制推力,使自身位置保持在某目標區(qū)域的過程。在實際工程應用中,由于UUV的動態(tài)控位過程存在推進器過度頻繁動車等問題,導致UUV無法完成長時間作業(yè)任務,因此本文主要針對UUV的綠色動態(tài)控位方法展開了研究。本文主要研究內容有:首先,建立了研究對象的數學模型。根據UUV水動力特性及自身結構特性,結合UUV綠色動態(tài)控位過程中的實際需求,對上述模型進行了適當簡化,得到后續(xù)研究可用的簡化模型,并進行相關仿真試驗,驗證了模型的合理性。其次,針對UUV動態(tài)控位過程中位置、艏向測量信息中的環(huán)境噪聲對控制產生干擾的問題,設計了基于無跡高斯粒子濾波的狀態(tài)估計濾波器。針對傳統高斯粒子濾波器自身存在的粒子退化與貧化的缺陷問題,提出了利用UKF來產生高斯分布并生成粒子濾波中重要性函數的方法,使重要性密度函數更接近于真實分布,從而有效地減弱了由粒子退化和貧化所引起的濾波精度下降問題。并設計了仿真案例,通過與無跡卡爾曼濾波器的對照試驗,驗證了本文所設計濾波器的有效性及優(yōu)越性。再次,針對UUV綠色動態(tài)控位的需求,提出了一種基于GreenDP思想的間斷控制策略。設計了一種基于解析非線性模型預測控制的動態(tài)控位控制器。結合前述UUV簡化模型,通過給定性能指標,運用泰勒級數展開與李導數求解出了UUV在連續(xù)時間下的最優(yōu)控制率,完成了動態(tài)控位控制器設計,并對該狀態(tài)控制器的穩(wěn)定性給出了證明。最后,結合工程應用,設計了具體案例,完成了UUV定點懸停與綠色動態(tài)控位過程的仿真實驗。仿真實驗包括一組與傳統PID控制器的對照實驗,以及在定常海流干擾下,對UUV綠色動態(tài)控位策略的驗證實驗。實驗結果表明,本文設計的控制器較PID控制器相比具有更穩(wěn)定的控制效果,且本文提出的UUV綠色控位間斷控制策略具備可行性及有效性,即本文的設計能夠滿足UUV綠色動態(tài)控位的基本需求。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U674.941
【圖文】：

用途、隱蔽、靈活、智能化的優(yōu)勢。因此，對于 UUV 智能海洋技術研究的重點。力定位包含艏向控制、定點控位與航跡控制三個基本功能。向與期望的艏向存在偏差時，動力定位系統會自動的改變的艏向精確控制到期望艏向，如圖 1.1 所示。定點控位是指偏離期望位置時，動力定位系統就能自動的控制 UUV 回到能夠精確的維持在期望位置處。定點控位示意圖如圖 1.2 所時，UUV 能夠保持在期望點處。航跡控制是指 UUV 在作跡運動，人為的給定航跡指令與速度指令，動力定位系統就的軌跡航行，直至到達終點。如圖 1.3 所示，UUV 航跡控型循跡控制來監(jiān)測海洋環(huán)境，以及用于海底管道的檢修。海流

用途、隱蔽、靈活、智能化的優(yōu)勢。因此，對于 UUV 智能海洋技術研究的重點。力定位包含艏向控制、定點控位與航跡控制三個基本功能。向與期望的艏向存在偏差時，動力定位系統會自動的改變的艏向精確控制到期望艏向，如圖 1.1 所示。定點控位是指偏離期望位置時，動力定位系統就能自動的控制 UUV 回到能夠精確的維持在期望位置處。定點控位示意圖如圖 1.2 所時，UUV 能夠保持在期望點處。航跡控制是指 UUV 在作跡運動，人為的給定航跡指令與速度指令，動力定位系統就的軌跡航行，直至到達終點。如圖 1.3 所示，UUV 航跡控型循跡控制來監(jiān)測海洋環(huán)境，以及用于海底管道的檢修。海流

圖 1.3 UUV 航跡控制示意圖V 在眾多應用中具有其他裝備無可替代的優(yōu)勢，但是受到目前大多數 UUV 只能進行短時的作業(yè)任務，作業(yè)完成后必這就會限制了 UUV 的應用范圍。對于在一些特定的自主任間問題，在保證完成 UUV 指定任務的前提下，UUV 在執(zhí)的范圍內，并不是懸停在固定的位置，即 UUV 的綠色動態(tài)想源于挪威的 KongsbergSimrad 公司的一款極具代表性的產een-DP），傳統的動態(tài)控位控制器未設有外部約束，即相應終處于精確的位置保持狀態(tài)，缺少彈性的松弛控位特點，船位置[5]。與傳統的固定點位置的動力定位相比，綠色 DP 的燃環(huán)保。UUV 定點懸�？匚皇蔷G色控位的一種特殊形式，綠點控位，能夠降低推進器的工作頻率，可以減少 UUV 自身噪的目的，提高了 UUV 自身的隱蔽性，增加了 UUV 的水作業(yè)目標。因此對于 UUV 綠色動態(tài)控位的研究具有一定的

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