本文關(guān)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(wù)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(wù)。這就要求UUV具有高度的自主性、精確的控制和較強(qiáng)跟蹤能力。由于UUV本身的六自由度強(qiáng)耦合非線性特點，難以獲得精確的流體動力系數(shù)，復(fù)雜的水況帶來的不確定性外部干擾以及由于負(fù)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(wù)。因此，設(shè)計具有強(qiáng)魯棒性的控制器是設(shè)計UUV自主航行的關(guān)鍵。 本文對UUV的航行姿態(tài)控制策略進(jìn)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(biāo)系，通過體坐標(biāo)系和地面坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系推導(dǎo)出UUV的運動學(xué)方程；分析剛體動力學(xué)，根據(jù)動量和動量矩定理推導(dǎo)出動力學(xué)方程，最后建立UUV運動的數(shù)學(xué)模型，針對數(shù)學(xué)模型中含有非線性強(qiáng)耦合等不確定項，將UUV數(shù)學(xué)模型按照運動平面解耦簡化為縱向運動模型和側(cè)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(jìn)模糊控制器隸屬度函數(shù)的方法設(shè)計改進(jìn)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(shè)計輔助模糊控制器來自適應(yīng)調(diào)整比例因子，稱為自適應(yīng)模糊滑模控制。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(jìn)的模糊滑�？刂坪妥赃m應(yīng)模糊滑模控制器都無穩(wěn)態(tài)誤差，超調(diào)量小，調(diào)節(jié)時間短，有較強(qiáng)抗干擾能力，具有較好的魯棒性。 (3)采用模糊滑模控制策略對無人水下航行器的縱向運動控制模型進(jìn)行了分析，研究了水下航行器深度和俯仰角的準(zhǔn)滑模控制、傳統(tǒng)模糊滑模控制、改進(jìn)的模糊滑�？刂坪妥赃m應(yīng)模糊控制的控制性能和魯棒性；對側(cè)向運動的航向角控制采用改進(jìn)的模糊滑�？刂扑惴ǎ蠢没挾乳撝荡笮砼袛嗖捎弥笖�(shù)趨近律滑�？刂坪湍：？刂�，比常規(guī)的滑模控制更有效。 (4)軸向運動控制在UUV精確控制中起著至關(guān)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(zhuǎn)速，輸入量為電機(jī)施加扭矩，螺旋槳推力和轉(zhuǎn)矩為輸出，并采用非線性觀測器和自適應(yīng)反演滑模控制算法來分析是否考慮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(jìn)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(guān)鍵詞】：無人水下航行器 數(shù)學(xué)建模 模糊滑模控制策略 縱向控制 側(cè)向控制 軸向控制
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(nèi)外研究狀況12-16
• 1.2.1 國外 UUV 發(fā)展?fàn)顩r12-15
• 1.2.2 國內(nèi) UUV 發(fā)展?fàn)顩r15-16
• 1.3 無人水下航行器控制技術(shù)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(nèi)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(xué)方程19-23
• 2.2.1 坐標(biāo)系及參數(shù)定義19-21
• 2.2.2 坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系21-22
• 2.2.3 無人水下航行器的運動學(xué)方程22-23
• 2.3 UUV 動力學(xué)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(shù)學(xué)模型的簡化28-30
• 2.4.1 縱向運動控制模型29
• 2.4.2 側(cè)向運動控制模型29-30
• 2.5 本章小結(jié)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(diào)節(jié)原理31-33
• 3.2.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制器33-34
• 3.2.3 改進(jìn)的模糊滑�？刂破�34-36
• 3.2.4 自適應(yīng)模糊滑�？刂破�36-37
• 3.3 模糊滑模控制控制策略仿真研究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(jìn)的 FSMC 性能及魯棒性仿真分析38-40
• 3.3.3 自適應(yīng) 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(jié)論41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第4章 無人水下航行器模糊滑模控制策略仿真分析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(jìn) FSMC 性能仿真分析44-47
• 4.2.4 深度和俯仰角自適應(yīng) FSMC 性能仿真分析47-50
• 4.3 UUV 側(cè)向運動的模糊滑模控制50-56
• 4.3.1 側(cè)向運動控制系統(tǒng)50
• 4.3.2 側(cè)向運動模型的簡化50-51
• 4.3.3 航向角的滑�？刂破髟O(shè)計51-52
• 4.3.4 航向角的改進(jìn) FSMC 設(shè)計52-54
• 4.3.5 改進(jìn) FSMC 和常規(guī)滑模控制性能仿真對比54-56
• 4.4 本章小結(jié)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(xué)57-59
• 5.2.2 螺旋槳推力和負(fù)載力矩模型59-60
• 5.2.3 推進(jìn)器電機(jī)模型60
• 5.2.4 航行器和推進(jìn)器軸向動力學(xué)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(yīng)反演滑�？刂破髟O(shè)計60-62
• 5.3.2 仿真結(jié)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(shè)計64-67
• 5.4.2 螺旋槳參考轉(zhuǎn)速求解67
• 5.4.3 仿真結(jié)果67-69
• 5.5 本章小結(jié)69-71
• 第6章 結(jié)論與展望71-73
• 6.1 全文總結(jié)71-72
• 6.2 未來展望72-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 作者簡介及在學(xué)期間所取得的科研成果77-78
• 致謝78

【引證文獻(xiàn)】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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

  本文關(guān)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