本文關鍵詞：無人水下航行器姿態(tài)控制策略研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle，UUV)是一種具有視覺和感知系統(tǒng)，能夠通過遙控或自主操作方式在水下移動完成某些特定任務的小型自航載體，，利用UUV可以完成深海探測，海洋資源開發(fā)以及軍事上海洋作戰(zhàn)等任務。這就要求UUV具有高度的自主性、精確的控制和較強跟蹤能力。由于UUV本身的六自由度強耦合非線性特點，難以獲得精確的流體動力系數，復雜的水況帶來的不確定性外部干擾以及由于負載和作業(yè)的變化引起的攝動等影響，這使得一般的控制器很難完成UUV的控制任務。因此，設計具有強魯棒性的控制器是設計UUV自主航行的關鍵。 本文對UUV的航行姿態(tài)控制策略進行了一系列研究，具體研究工作如下： (1)首先建立UUV空間運動坐標系，通過體坐標系和地面坐標系之間的轉換關系推導出UUV的運動學方程；分析剛體動力學，根據動量和動量矩定理推導出動力學方程，最后建立UUV運動的數學模型，針對數學模型中含有非線性強耦合等不確定項，將UUV數學模型按照運動平面解耦簡化為縱向運動模型和側向運動模型。 (2)研究了模糊控制器、滑�？刂破饕约八鼈兘M合的控制策略，為了提高控制性能，采用改進模糊控制器隸屬度函數的方法設計改進的模糊滑�？刂破�，針對模糊控制輸出的比例因子難以確定，為了更好削弱抖振，設計輔助模糊控制器來自適應調整比例因子，稱為自適應模糊滑�？刂�。接著采用Simulink軟件搭建了仿真模型，通過實例仿真分析了這幾類控制器的控制性能和魯棒性。仿真實驗表明，改進的模糊滑�？刂坪妥赃m應模糊滑�？刂破鞫紵o穩(wěn)態(tài)誤差，超調量小，調節(jié)時間短，有較強抗干擾能力，具有較好的魯棒性。 (3)采用模糊滑�？刂撇呗詫o人水下航行器的縱向運動控制模型進行了分析，研究了水下航行器深度和俯仰角的準滑�？刂�、傳統(tǒng)模糊滑�？刂�、改進的模糊滑�？刂坪妥赃m應模糊控制的控制性能和魯棒性；對側向運動的航向角控制采用改進的模糊滑�？刂扑惴�，即利用滑模帶寬度閾值大小來判斷采用指數趨近律滑�？刂坪湍：？刂�，比常規(guī)的滑�？刂聘行�。 (4)軸向運動控制在UUV精確控制中起著至關重要的作用，主要包括速度和位置跟蹤控制。在建立的軸向運動模型的狀態(tài)方程中，狀態(tài)變量為軸向來流速度和螺旋槳轉速，輸入量為電機施加扭矩，螺旋槳推力和轉矩為輸出，并采用非線性觀測器和自適應反演滑�？刂扑惴▉矸治鍪欠窨紤]軸向來流速度對螺旋槳的影響，最終實現(xiàn)精確的位置和速度跟蹤控制。 最后，采用本文的控制策略對無人水下航行器的航行姿態(tài)進行控制，通過實驗仿真取得滿意的控制效果，表明該控制策略是有效可行的，具有較高控制性能。
【關鍵詞】：無人水下航行器 數學建模 模糊滑�？刂撇呗� 縱向控制 側向控制 軸向控制
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TP273;TH766
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 引言11-12
• 1.2 無人水下航行器國內外研究狀況12-16
• 1.2.1 國外 UUV 發(fā)展狀況12-15
• 1.2.2 國內 UUV 發(fā)展狀況15-16
• 1.3 無人水下航行器控制技術研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 本課題的研究意義17-18
• 1.5 本文主要研究內容18-19
• 第2章 無人水下航行器的運動建模19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 UUV 運動學方程19-23
• 2.2.1 坐標系及參數定義19-21
• 2.2.2 坐標系之間的轉換關系21-22
• 2.2.3 無人水下航行器的運動學方程22-23
• 2.3 UUV 動力學方程23-28
• 2.3.1 無人水下航行器受到的慣性類流體動力25-26
• 2.3.2 無人水下航行器受到的粘性類流體阻力26
• 2.3.3 無人水下航行器受到的控制力26-27
• 2.3.4 無人水下航行器受到的重力和浮力27-28
• 2.4 無人水下航行器數學模型的簡化28-30
• 2.4.1 縱向運動控制模型29
• 2.4.2 側向運動控制模型29-30
• 2.5 本章小結30-31
• 第3章 模糊滑�？刂撇呗匝芯考靶阅芊治�31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 模糊滑�？刂扑惴�31-37
• 3.2.1 模糊控制器調節(jié)原理31-33
• 3.2.2 滑模變結構控制器33-34
• 3.2.3 改進的模糊滑�？刂破�34-36
• 3.2.4 自適應模糊滑�？刂破�36-37
• 3.3 模糊滑�？刂瓶刂撇呗苑抡嫜芯�37-42
• 3.3.1 三種基本控制器性能仿真分析37-38
• 3.3.2 改進的 FSMC 性能及魯棒性仿真分析38-40
• 3.3.3 自適應 FSMC 性能及魯棒性仿真分析40-41
• 3.3.4 模糊滑�？刂撇呗匝芯康慕Y論41-42
• 3.4 本章小結42-43
• 第4章 無人水下航行器模糊滑�？刂撇呗苑抡娣治�43-57
• 4.1 引言43
• 4.2 UUV 縱向運動的模糊滑�？刂�43-50
• 4.2.1 縱向運動控制系統(tǒng)43-44
• 4.2.2 縱向運動模型的簡化44
• 4.2.3 深度和俯仰角改進 FSMC 性能仿真分析44-47
• 4.2.4 深度和俯仰角自適應 FSMC 性能仿真分析47-50
• 4.3 UUV 側向運動的模糊滑�？刂�50-56
• 4.3.1 側向運動控制系統(tǒng)50
• 4.3.2 側向運動模型的簡化50-51
• 4.3.3 航向角的滑模控制器設計51-52
• 4.3.4 航向角的改進 FSMC 設計52-54
• 4.3.5 改進 FSMC 和常規(guī)滑�？刂菩阅芊抡鎸Ρ�54-56
• 4.4 本章小結56-57
• 第5章 無人水下航行器軸向運動控制研究57-71
• 5.1 引言57
• 5.2 軸向運動模型及簡化57-60
• 5.2.1 軸向來流速度的流體動力學57-59
• 5.2.2 螺旋槳推力和負載力矩模型59-60
• 5.2.3 推進器電機模型60
• 5.2.4 航行器和推進器軸向動力學方程60
• 5.3 忽略軸向來流速度的跟蹤控制60-63
• 5.3.1 自適應反演滑�？刂破髟O計60-62
• 5.3.2 仿真結果62-63
• 5.4 考慮軸向來流速度的跟蹤控制63-69
• 5.4.1 非線性觀測器設計64-67
• 5.4.2 螺旋槳參考轉速求解67
• 5.4.3 仿真結果67-69
• 5.5 本章小結69-71
• 第6章 結論與展望71-73
• 6.1 全文總結71-72
• 6.2 未來展望72-73
• 參考文獻73-77
• 作者簡介及在學期間所取得的科研成果77-78
• 致謝78

【引證文獻】

中國碩士學位論文全文數據庫 前1條

1 賈霆哲;UUV姿態(tài)控制技術研究[D];電子科技大學;2013年

  本文關鍵詞：無人水下航行器姿態(tài)控制策略研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：467272