本文關(guān)鍵詞：基于滑模自抗擾的無人水面艇路徑跟蹤控制研究　出處：《大連海事大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：無人水面艇,簡稱無人艇(USV),作為新時(shí)期綜合了各種高新技術(shù)的產(chǎn)物,在海洋勘探、軍事偵查等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。在無人艇控制領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)無人艇的路徑跟蹤控制,是各國研究的一個(gè)重點(diǎn)方向。無人艇是一種典型的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),存在不確定性、輸入飽和、橫向飄搖等特性,這給無人艇的控制帶來了困難。為解決上述問題,本文基于滑模變結(jié)構(gòu)自抗擾控制技術(shù)對無人艇的曲線路徑跟蹤控制進(jìn)行了研究,主要研究內(nèi)容如下:首先、針對"藍(lán)信"號無人水面艇的特性,利用整體建模的思想,在線性模型的基礎(chǔ)上,加入非線性項(xiàng),建立了考慮舵機(jī)特性的無人艇三自由度非線性數(shù)學(xué)響應(yīng)型模型(Norrbin模型),并建立了干擾模型。其次、采用自抗擾控制算法,對其中的擴(kuò)張狀態(tài)觀測器(ESO)和狀態(tài)誤差反饋控制律(NLSEF)部分進(jìn)行線性化設(shè)計(jì),推導(dǎo)了簡化的自抗擾控制器。利用滑模變結(jié)構(gòu)的思想,對其中的誤差反饋部分進(jìn)行變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),同時(shí)考慮控制輸入飽和的因素,設(shè)計(jì)了考慮輸入飽和的線性滑模自抗擾控制器。以"藍(lán)信"號無人艇為控制對象,考慮風(fēng)、浪干擾,通過設(shè)計(jì)的航向控制仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了該控制器的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。最后、采用設(shè)計(jì)的線性滑模自抗擾控制器,在有外部風(fēng)、浪、流干擾的環(huán)境下,針對"藍(lán)信"號無人水面艇操縱運(yùn)動(dòng)模型,設(shè)計(jì)了兩種曲線路徑跟蹤控制器,并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的控制器在對無人艇曲線路徑跟蹤控制中的有效性,解決了系統(tǒng)控制過程中的不確定性、輸入飽和、橫向飄搖等問題,可以為"藍(lán)信"號無人水面艇的曲線路徑跟蹤控制提供參考。
[Abstract]:Unmanned surface craft (USV), as a product of new high and new technology, plays an important role in the field of ocean exploration, military reconnaissance and so on, and plays an important role in the field of control of unmanned craft. Path tracking control of unmanned craft is a key research direction in many countries. Unmanned craft is a typical underactuated system with uncertainty, input saturation, lateral drift and so on. This brings difficulties to the control of unmanned craft. In order to solve the above problems, this paper studies the curve path tracking control of unmanned craft based on sliding mode variable structure active disturbance rejection control technology. The main research contents are as follows: first of all. According to the characteristics of Lanxin unmanned surface craft, the nonlinear term is added on the basis of linear model by using the idea of global modeling. A three-degree-of-freedom nonlinear mathematical response model and a disturbance model are established. Secondly, the active disturbance rejection control algorithm is adopted. The extended state observer (ESO) and the state error feedback control law (NLSEF) are linearized and the simplified active disturbance rejection controller is derived. The idea of sliding mode variable structure is used. The error feedback part is designed with variable structure and the input saturation is taken into account. A linear sliding mode active disturbance rejection controller with input saturation is designed. The blue letter unmanned craft is taken as the control object. Considering the disturbance of wind and wave, the stability and adaptability of the controller are verified by the simulation experiment of course control. Finally, the linear sliding mode ADRC is used to control the wind and wave. Under the environment of current disturbance, two curve path tracking controllers are designed for the maneuvering motion model of Lanxin unmanned surface craft, and the simulation experiments are carried out. The experimental results verify the effectiveness of the designed controller in the trajectory tracking control of unmanned craft curve, and solve the problems of uncertainty, input saturation and lateral drift in the control process of the system. It can provide reference for the curve path tracking control of Lanxin unmanned surface craft.
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U664.82;TP273

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本文編號：1397997