本文關(guān)鍵詞：小型自主水下航行器運(yùn)動(dòng)控制研究

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【摘要】：小型自主水下航行器(UUV:Unmanned Underwater Vehicle or AUV:Autonomous Underwater Vehicle),具有高度的自主性、精確的跟蹤和控制能力,可通過(guò)遙控或自主導(dǎo)航控制的方式在水下運(yùn)動(dòng)完成水下任務(wù)。本文針對(duì)小型水下航行器的多自由度強(qiáng)耦合、非線性系統(tǒng),考慮外界復(fù)雜水流干擾及自身建模誤差等不確定性因素的影響,針對(duì)AUV的二維平面運(yùn)動(dòng),采用動(dòng)態(tài)滑模控制以及基于非線性干擾觀測(cè)器(NDO:Nonlinear Disturbance Observer)的方法,設(shè)計(jì)了航向跟蹤控制器;采用自適應(yīng)滑�？刂破髟O(shè)計(jì)軸向控制器,建立軸向跟蹤控制算法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)航向和軸向的快速、精確的跟蹤響應(yīng)控制,仿真驗(yàn)證了水下航行器平面運(yùn)動(dòng)控制與所設(shè)計(jì)算法的有效性和準(zhǔn)確性。本文研究工作如下:第一部分:模型建立。建立了AUV的空間運(yùn)動(dòng)體坐標(biāo)系,根據(jù)地面慣性坐標(biāo)系和體坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系建立了水下航行器空間六自由度數(shù)學(xué)模型;針對(duì)數(shù)學(xué)模型中存在的未建模動(dòng)態(tài)和外界環(huán)境干擾等因素等效的系統(tǒng)總干擾項(xiàng),將AUV數(shù)學(xué)模型按照運(yùn)動(dòng)平面解耦方法簡(jiǎn)化為航向角運(yùn)動(dòng)模型和軸向運(yùn)動(dòng)模型。第二部分:航向控制器設(shè)計(jì)�？紤]到AUV航向運(yùn)動(dòng)控制的復(fù)雜性以及外界不同程度的水流干擾,設(shè)計(jì)可根據(jù)不同干擾自動(dòng)選取不同控制方法的智能航向控制器,仿真驗(yàn)證了該控制策略的有效性和智能性,實(shí)現(xiàn)了對(duì)參考航向的快速、精確跟蹤。第三部分:軸向控制器設(shè)計(jì)。針對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)控制的特殊性,選取了自適應(yīng)反演滑模控制策略,設(shè)計(jì)了軸向運(yùn)動(dòng)控制器,仿真研究結(jié)果驗(yàn)證了跟蹤控制的穩(wěn)定性和精確性。
【關(guān)鍵詞】：小型自主水下航行器 動(dòng)態(tài)滑�？刂� 干擾觀測(cè)器 航向跟蹤控制 軸向跟蹤控制
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：U664.82
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 引言10-11
• 1.2 自主水下航行器國(guó)內(nèi)外研究狀況11-15
• 1.2.1 自主水下航行器國(guó)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 自主水下航行器國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀13
• 1.2.3 水下航行器運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu)安排15-17
• 第2章 水下航行器運(yùn)動(dòng)控制數(shù)學(xué)模型17-24
• 2.1 引言17
• 2.2 水下航行器物理模型17-18
• 2.3 水下航行器的平面數(shù)學(xué)模型18-23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 第3章 水下航行器航向控制器設(shè)計(jì)24-49
• 3.1 引言24
• 3.2 滑模變結(jié)構(gòu)原理24-27
• 3.2.1 滑模變結(jié)構(gòu)的基本定義及特點(diǎn)24-26
• 3.2.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)26-27
• 3.3 滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的抖振問(wèn)題27-29
• 3.3.1 抖振產(chǎn)生的原因28
• 3.3.2 消弱抖振的方法28-29
• 3.4 基于動(dòng)態(tài)滑�？刂频暮较蚋櫩刂破髟O(shè)計(jì)29-37
• 3.4.1 系統(tǒng)描述30-32
• 3.4.2 控制器設(shè)計(jì)32-34
• 3.4.3 仿真研究34-37
• 3.5 基于自適應(yīng)反演滑模控制的航向跟蹤控制器設(shè)計(jì)37-41
• 3.5.1 反步自適應(yīng)控制方法37
• 3.5.2 控制器設(shè)計(jì)37-39
• 3.5.3 仿真研究39-41
• 3.6 基于NDO的航向跟蹤控制器設(shè)計(jì)41-46
• 3.6.1 干擾觀測(cè)器介紹41-43
• 3.6.2 控制器設(shè)計(jì)43-44
• 3.6.3 仿真研究44-46
• 3.7 智能航向控制器設(shè)計(jì)46-48
• 3.7.1 智能系統(tǒng)描述46
• 3.7.2 仿真研究46-48
• 3.8 本章小結(jié)48-49
• 第4章 水下航行器軸向運(yùn)動(dòng)控制研究49-55
• 4.1 引言49
• 4.2 軸向運(yùn)動(dòng)模型的建立49-50
• 4.3 自適應(yīng)反演控制器設(shè)計(jì)50-52
• 4.3.1 簡(jiǎn)化后的軸向運(yùn)動(dòng)模型建立50
• 4.3.2 自適應(yīng)反演控制器設(shè)計(jì)50-52
• 4.4 仿真研究52-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 結(jié)論55-57
• 參考文獻(xiàn)57-61
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果61-62
• 致謝62

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