本課題研究了海洋偵察機(jī)器人推進(jìn)系統(tǒng)的混沌反控制問題,改進(jìn)了混沌反控制方法,并在推進(jìn)系統(tǒng)的應(yīng)用上提出了一種預(yù)研方案。 海洋偵察機(jī)器人推進(jìn)系統(tǒng)是典型的多變量非線性時(shí)變系統(tǒng),對(duì)這一非線性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的深入研究勢(shì)必涉及到混沌研究領(lǐng)域。目前國內(nèi)外對(duì)電機(jī)系統(tǒng)中混沌現(xiàn)象的研究處在初期探索階段,對(duì)水下偵察機(jī)器人推進(jìn)系統(tǒng)混沌運(yùn)動(dòng)的研究更是面臨巨大的困難。如何將混沌科學(xué)應(yīng)用到機(jī)器人推進(jìn)系統(tǒng)當(dāng)中,這涉及到混沌有害時(shí)進(jìn)行控制,混沌有益時(shí)進(jìn)行反控制兩方面的問題。推進(jìn)系統(tǒng)的反控制,即混沌化,是一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)性和交叉學(xué)科性質(zhì)的新課題,研究工作具有重要理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文針對(duì)海洋偵察機(jī)器人推進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)生的獨(dú)特聲紋使隱蔽性降低問題,應(yīng)用混沌反控制對(duì)其進(jìn)行主動(dòng)式的防偵破方面研究,主要內(nèi)容歸納如下: 第一、運(yùn)用小波相空間重構(gòu)混沌吸引子判斷系統(tǒng)是否發(fā)生混沌,這是研究混沌反控制的首要問題。海洋偵察機(jī)器人推進(jìn)系統(tǒng)在深海中運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲與混沌信號(hào)有著本質(zhì)的區(qū)別。為解決現(xiàn)有時(shí)間序列相空間重構(gòu)方法中重構(gòu)信息冗余的問題,本文將小波變換引入到相空間重構(gòu)之中。證實(shí)了小波相空間重構(gòu)方法不但可以精確重構(gòu)出原系統(tǒng)的混沌特征,還可以重構(gòu)出原系統(tǒng)的周期特征、倍周期特征和擬周期特征等,是判斷混沌的有效方法。 第二、將微分幾何理論引入到永磁推進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中,以解決非線性控制對(duì)象難于控制的問題。本課題運(yùn)用狀態(tài)的坐標(biāo)變換和狀態(tài)反饋?zhàn)儞Q,完成了永磁推進(jìn)電機(jī)的多輸入多輸出非交互式控制設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上將自適應(yīng)反饋線性化理論應(yīng)用于永磁推進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)參數(shù)不確定性問題的研究中。結(jié)果表明:微分幾何理論可以將永磁推進(jìn)電機(jī)非線性系統(tǒng)在不損失任何有用信息條件下轉(zhuǎn)換為線性系統(tǒng)、將基于微分幾何理論的非線性控制技術(shù)應(yīng)用于電機(jī)控制領(lǐng)域豐富了對(duì)其研究手段。 第三、針對(duì)無刷電機(jī)系統(tǒng)中控制器的嚴(yán)重非線性,以及偵察機(jī)器人推進(jìn)系統(tǒng)整體對(duì)穩(wěn)定性的影響,對(duì)包括永磁無刷電機(jī)系統(tǒng)、螺旋槳、機(jī)器人三部分完整的水下偵察機(jī)器人系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了等效變換,應(yīng)用微分幾何理論分析了能進(jìn)行精確線性化的條件。根據(jù)研究指出了水下偵察機(jī)器人平動(dòng)方程與推進(jìn)裝置之間的不直接相關(guān)性,并據(jù)此結(jié)論應(yīng)用時(shí)間延遲狀態(tài)反饋精確線性化技術(shù)提出了一種水下偵察機(jī)器人推進(jìn)裝置的混沌反控制方法。仿真證明:在保證機(jī)器人基本正常運(yùn)行前提下,推進(jìn)裝置的混沌吸引子形狀利混沌狀態(tài)可以通過調(diào)整混沌反控制器的參數(shù)來改變。 第四、在時(shí)間延遲狀態(tài)反饋精確線性化混沌反控制方法的基礎(chǔ)上,為解決水下偵察機(jī)器人推進(jìn)電機(jī)的低通濾波特性,提出一種針對(duì)推進(jìn)電機(jī)的時(shí)間延遲狀態(tài)反饋脈沖控制的混沌反控制方法。通過改變混沌反控制器和整流裝置的參數(shù)進(jìn)而改變輸入信號(hào)的方法,提出了改變螺旋槳噪聲獨(dú)特線譜特征的技術(shù)方案,使其噪聲從其獨(dú)有的特征變?yōu)闀r(shí)刻變化的混沌態(tài),從而達(dá)到迷惑敵方的目的。為混沌反控制在海洋偵察機(jī)器人的應(yīng)用做了嘗試。 最后,對(duì)所提出的控制策略做了仿真,并在課題組研制的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和樣機(jī)上進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn),計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均與理論預(yù)期基本吻合。
【學(xué)位單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2009
【中圖分類】：TP242;P715.5
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題的背景和意義
    1.2 國內(nèi)外混沌反控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
        1.2.1 混沌反控制技術(shù)的歷史和現(xiàn)狀
        1.2.2 混沌反控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
    1.3 國內(nèi)外混沌反控制技術(shù)的應(yīng)用狀況
    1.4 課題研究的主要內(nèi)容
第二章 混沌反控制的判定
    2.1 推進(jìn)電機(jī)本體的數(shù)學(xué)模型
    2.2 推進(jìn)電機(jī)混沌吸引子的判定
        2.2.1 推進(jìn)電機(jī)混沌吸引子的仿真分析
        2.2.2 混沌在工程應(yīng)用中的控制策略分析
    2.3 相空間重構(gòu)技術(shù)
        2.3.1 經(jīng)典相空間重構(gòu)
        2.3.2 改進(jìn)的相空間重構(gòu)
        2.3.3 小波相空間重構(gòu)及其在推進(jìn)電機(jī)中的應(yīng)用
    2.4 系統(tǒng)狀態(tài)的小波Elman網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)判定
        2.4.1 Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
        2.4.2 小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在推進(jìn)電機(jī)中的應(yīng)用
    2.5 本章小結(jié)
第三章 基于微分幾何理論的推進(jìn)電機(jī)非線性控制
    3.1 推進(jìn)電機(jī)的速度控制
        3.1.1 推進(jìn)電機(jī)狀態(tài)反饋精確線性化條件
        3.1.2 坐標(biāo)變換及其控制規(guī)律
        3.1.3 控制器設(shè)計(jì)
        3.1.4 模型仿真
    3.2 狀態(tài)反饋線性化推進(jìn)電機(jī)的MIMO非交互式控制
        3.2.1 推進(jìn)電機(jī)的MIMO狀態(tài)反饋線性化條件
        3.2.2 推進(jìn)電機(jī)非交互式控制及系統(tǒng)線性化
        3.2.3 控制器的設(shè)計(jì)及模型仿真
    3.3 推進(jìn)電機(jī)反饋線性化自適應(yīng)控制
        3.3.1 自適應(yīng)反饋線性化控制器的設(shè)計(jì)
        3.3.2 自適應(yīng)反饋線性化穩(wěn)定性分析
        3.3.3 自適應(yīng)反饋線性化仿真
    3.4 本章小結(jié)
第四章 水下偵察機(jī)器人系統(tǒng)模型仿真
    4.1 水下偵察機(jī)器人系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型
        4.1.1 無刷推進(jìn)電機(jī)本體的等效電路
        4.1.2 控制器輸出信號(hào)的數(shù)學(xué)模型
        4.1.3 推進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
        4.1.4 螺旋槳、機(jī)器人本體數(shù)學(xué)模型
    4.2 機(jī)器人系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型仿真
        4.2.1 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的時(shí)變反電動(dòng)勢(shì)
        4.2.2 水下偵察機(jī)器人系統(tǒng)模型仿真
    4.3 本章小結(jié)
第五章 基于時(shí)間延遲狀態(tài)反饋線性化的水下偵察機(jī)器人混沌反控制方法
    5.1 水下偵察機(jī)器人數(shù)學(xué)模型的變換
        5.1.1 帶控制器的推進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的變換
        5.1.2 螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)方程和機(jī)器人平動(dòng)方程的變換
    5.2 時(shí)間延遲狀態(tài)反饋混沌反控制方法
    5.3 基于時(shí)間延遲狀態(tài)反饋線性化的水下偵察機(jī)器人混沌反控制
        5.3.1 水下偵察機(jī)器人平動(dòng)方程與推進(jìn)裝置的不相關(guān)性
        5.3.2 水下偵察機(jī)器人推進(jìn)裝置狀態(tài)反饋精確線性化條件及輸出函數(shù)
        5.3.3 水下偵察機(jī)器人推進(jìn)裝置混沌反控制推導(dǎo)和混沌反控制器設(shè)計(jì)
    5.4 基于時(shí)間延遲狀態(tài)反饋線性化的偵察機(jī)器人混沌反控制仿真
    5.5 本章小結(jié)
第六章 混沌反控制在海洋偵察機(jī)器人反偵破中的應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)研究
    6.1 時(shí)間延遲狀態(tài)反饋脈沖控制的混沌反控制在推進(jìn)裝置中的應(yīng)用
        6.1.1 時(shí)間延遲狀態(tài)反饋混沌反控制存在的問題
        6.1.2 時(shí)間延遲狀態(tài)反饋脈沖控制的混沌反控制仿真研究
    6.2 實(shí)驗(yàn)裝置與方案
        6.2.1 改變電機(jī)本體內(nèi)部參數(shù)的方案
        6.2.2 通過改變外部控制的方案
    6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    6.4 數(shù)據(jù)分析
        6.4.1 小波相空間重構(gòu)
        6.4.2 Lyapunov指數(shù)計(jì)算
    6.5 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
在學(xué)研究成果
致謝

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 姚廣路;車輛電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)混沌特性及實(shí)驗(yàn)研究[D];北京交通大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2854050