為了解決AUV在空間運動中的路徑點跟蹤控制問題,參照水下航行器的建模方法,建立AUV的六自由度動力學和運動學模型,采用水平面視線導航法計算AUV指令航向,采用垂直面制導算法計算AUV的垂直面指令深度、指令縱傾和指令深度速率。針對AUV的水平面和垂直面控制,設(shè)計基于狀態(tài)空間形式的模型預測控制算法。通過仿真表明,所提出的空間航跡控制算法能達到較高的控制精度,采用的指令深度+指令縱傾+指令深度速率的控制方法能使AUV盡快航行至指令軌跡并跟蹤垂直面航跡。設(shè)計的空間路徑點跟蹤控制算法對AUV后續(xù)的控制系統(tǒng)開發(fā)具有一定的參考意義。 

【文章來源】：艦船科學技術(shù). 2020,42(23)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

AUV的運動坐標系以及固定坐標系Fig.1Body-fixedframeandearth-fixedframeforAUV

00060]，[20002000140]，[0060]m，路徑跟蹤效果如圖7所示。圖8和圖9分別為水平面和垂直面的航跡偏差。5結(jié)語本文針對AUV的空間路徑點跟蹤控制問題，采用水平面視線導航法計算AUV指令航向，采用垂直面制導算法計算AUV的垂直面指令深度、指令縱傾和指令深度速率，采用模型預測控制算法用于AUV的航向和深度控制。仿真結(jié)果表明，空間航跡控制算法能達到較高的控制精度，采用的指令深度+指令縱傾+指令深度速率的控制方法能使AUV盡快的航行至指令軌跡并圖4路徑點跟蹤控制原理框圖Fig.4Blockdiagramofwaypointtrackingcontrolprinciple·90·艦船科學技術(shù)第42卷

k)ek=n1LLn1PLOS(xlos,ylos)PLOSψlosψψlos(Pk1,Pk)PkR=n2Ln2Pk+1段的橫向距離需收斂至0，同時航向角收斂至。運用視線導航法，首先由艇體質(zhì)心至段路徑的垂直距離以及（為艇長，為一正實數(shù)）可計算出視線導引點在固定坐標系下的坐標，再求取艇體質(zhì)心至視線導引點的視線導航航向角，則航向角收斂至可確保艇體位置收斂到直線路徑段。當艇體質(zhì)心位于以路徑點半徑為（為正實數(shù)）的圓內(nèi)，則將導航的目標點切換至下一個目標點。圖2直線航跡段視線導航法示意圖Fig.2Body-fixedframeandearth-fixedframeforAUV垂直面航跡制導算法如果采用視線導航算法將垂直面位置偏差解算為指令縱傾的會造成以下問題：1）AUV垂直面內(nèi)航行對縱傾角有一定限制，采用視線導航法進行解算將造成部分參數(shù)難以調(diào)整。2）AUV在進行垂直面機動控制的過程中，深度速率的控制必須同時考慮垂向速度和縱傾，采用視線導航法解算指令縱傾角而忽略垂向速度，將引起較大的航跡控制偏差。因此，本文通過分析AUV垂直面運動特性以及仿真驗證等方法，采用指令深度速率、指令深度以及指令縱傾三者結(jié)合的方式作為垂直面的航跡跟蹤控制算法。其中指令深度與指令縱傾的解算方法如圖3所示。當前時刻的指令深度為AUV當前位置點在航跡線上的投影點的垂直位置，其解算方法為：ζ=zk+1zkxk+1xk(xk+1xk)+zk+1，(6)xk式中：為距目標航跡點的縱向位移，指令縱傾為當χk:=atan2(zk+1zk,xk+1xk前航跡線的期望潛浮角)。由航跡線解算出的指令深度速率與AUV的當前航速相關(guān)，

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3263989