水面無人船能夠提高海上作業(yè)的自動化水平,在民用和軍事領(lǐng)域方面有著廣闊的應用前景。路徑跟蹤和軌跡跟蹤控制問題是無人船順利執(zhí)行各種任務的保障。目前USV多設(shè)計為欠驅(qū)動形式,本身存在強耦合非線性,加上復雜惡劣的海況,使得USV航跡跟蹤控制成為研究的熱點、難點。因此,本文展開對路徑跟蹤、軌跡跟蹤控制和實際跟蹤控制系統(tǒng)的研究工作。主要研究內(nèi)容如下:考慮多種不確定性,建立水平面三自由度無人船運動攝動干擾模型,為后續(xù)章節(jié)自主式無人船路徑跟蹤與軌跡跟蹤控制,以及自抗擾控制技術(shù)的應用奠定基礎(chǔ)和提供理論支撐。針對欠驅(qū)動無人船的路徑跟蹤問題,提出了基于視線制導的滑模自抗擾控制律。首先,考慮單個無人船,使用視線法導引律得出期望的航向角;然后,利用擴張狀態(tài)觀測器估計無人船運動過程中的多種不確定性,設(shè)計出了基于滑模自抗擾控制的航向角和航速控制器,并進行了穩(wěn)定性分析。對比仿真驗證可知所設(shè)計的控制器能夠有效減輕滑�？刂频亩墩瘳F(xiàn)象,并能提高整個系統(tǒng)的魯棒性能。進而考慮多個無人船協(xié)同跟蹤同一路徑,使用降階擴張狀態(tài)觀測器作為導引律,求出了期望的航速;利用滑模自抗擾技術(shù)控制航速,使得在此航速下各無人船的前后距離保持一致,實現(xiàn)... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景及研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 無人船路徑跟蹤國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 無人船軌跡跟蹤國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.3 自抗擾控制國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 水面無人船的數(shù)學模型及自抗擾技術(shù)
    2.1 水面無人船的數(shù)學模型
        2.1.1 坐標系與變量定義
        2.1.2 六自由度運動學和動力學模型
        2.1.3 水平面三自由度運動模型
        2.1.4 三自由度攝動干擾模型
    2.2 自抗擾控制技術(shù)
        2.2.1 安排過渡過程
        2.2.2 跟蹤微分器
        2.2.3 非線性狀態(tài)誤差反饋
        2.2.4 擴張狀態(tài)觀測器
    2.3 本章小結(jié)
第3章 欠驅(qū)動無人船路徑跟蹤及編隊控制
    3.1 單體無人船路徑跟蹤控制
        3.1.1 Serret-Frenet坐標系與視線法制導律
        3.1.2 基于滑模自抗擾的控制器設(shè)計
        3.1.3 穩(wěn)定性分析
        3.1.4 仿真驗證及分析
    3.2 多無人船協(xié)調(diào)路徑跟蹤控制
        3.2.1 基于降階擴張狀態(tài)觀測器的導引律設(shè)計
        3.2.2 穩(wěn)定性分析
        3.2.3 仿真驗證與分析
    3.3 本章小結(jié)
第4章 欠驅(qū)動無人船軌跡跟蹤控制
    4.1 導引律設(shè)計
    4.2 控制器設(shè)計
        4.2.1 降階擴張狀態(tài)觀測器設(shè)計
        4.2.2 基于動態(tài)面的控制器設(shè)計
    4.3 仿真驗證及分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 無人船跟蹤控制系統(tǒng)設(shè)計
    5.1 .無人船系統(tǒng)的組成
        5.1.1 船體
        5.1.2 硬件系統(tǒng)組成
        5.1.3 軟件總體結(jié)構(gòu)
    5.2 導航制導模塊設(shè)計
    5.3 動力模塊設(shè)計
        5.3.1 航速控制系統(tǒng)設(shè)計
        5.3.2 航向控制系統(tǒng)設(shè)計
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]采用自抗擾技術(shù)的移動式增氧機路徑跟蹤控制[J]. 盛亮,趙德安,孫月平,周文全,潘望俊.  軟件導刊. 2021(01)



本文編號：3197013