在對(duì)海洋探索的過(guò)程中,由于水下環(huán)境惡劣,人類不能直接完成深海任務(wù),水下潛器憑借其靈活性和自主性而受到廣泛關(guān)注。隨著水下潛器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大,控制策略研究逐漸成為水下潛器應(yīng)用的一個(gè)重要課題,水下潛器的追蹤控制系統(tǒng)旨在要求水下潛器根據(jù)控制指令追蹤所需的水下目標(biāo)點(diǎn),同時(shí)在追蹤過(guò)程中提高其控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性,這對(duì)發(fā)展水下潛器技術(shù)具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。然而,水聲網(wǎng)絡(luò)信道中的時(shí)變時(shí)延和物理信道中的輸入飽和給水下潛器的追蹤控制研究帶來(lái)了挑戰(zhàn)性,這使得傳統(tǒng)的控制技術(shù)在時(shí)效性、準(zhǔn)確度方面尚不能完全滿足控制需求。因此,有必要研究時(shí)效性強(qiáng)、準(zhǔn)確度高的追蹤控制算法。本文考慮到通信時(shí)延和執(zhí)行器飽和的約束,對(duì)水下潛器的追蹤控制展開(kāi)研究。本文的主要研究工作如下:1、針對(duì)水聲通信網(wǎng)絡(luò)信道中不可避免的時(shí)變時(shí)延問(wèn)題,設(shè)計(jì)了基于通信時(shí)延的控制器,實(shí)現(xiàn)單個(gè)水下潛器對(duì)水下目標(biāo)的跟蹤控制,并在此基礎(chǔ)上,利用了Takagi-Sugeno（T-S）模糊規(guī)則對(duì)控制器的增益系數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整,從而提高了水下潛器的追蹤精度和追蹤穩(wěn)定性能。2、針對(duì)多個(gè)水下潛器的協(xié)同控制問(wèn)題,考慮了多層級(jí)控制子系統(tǒng)間的緊密耦合關(guān)系和水聲通信網(wǎng)絡(luò)中通信時(shí)... 

【文章來(lái)源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：76 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

論文研究?jī)?nèi)容

第2章考慮通信時(shí)延的單水下潛器追蹤控制算法-9-船體坐標(biāo)系[71]:也稱載體坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系建立在水下潛器載體上，隨著載體運(yùn)動(dòng)位置的變化而變化。u軸與水下潛器的對(duì)稱軸平行，一般規(guī)定水下潛器的頭部為u軸的正向，v軸垂直于u軸，指向右舷為正向；w軸位于水下潛器主體中縱剖面內(nèi)，與u、v軸都保持垂直，一般選取指向底部為正。圖2-1大地坐標(biāo)系（IRF）和船體坐標(biāo)系（BRF）在大地坐標(biāo)系中，可用T[x,y,z,,,]描述水下潛器相對(duì)于大地坐標(biāo)系的位置和方向，其中x、y、z分別為水下潛器在大地坐標(biāo)系中的位置；、、表示水下潛器在三個(gè)方向的姿態(tài)，即橫傾角、俯仰角、偏航角。在船體坐標(biāo)系中，水下潛器的線速度和角速度相對(duì)于船體坐標(biāo)系可描述為T(mén)[u,v,w,p,q,r]，其中u、v、w分別表示其線速度在船體坐標(biāo)系的投影，分別表示進(jìn)退、搖擺和垂向的線速度；p、q、r則是水下潛器的角速度在船體坐標(biāo)系中的投影，分別表示橫傾角速度、俯仰角速度、偏航角速度。2.2.2動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立水下潛器的空間的運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)上是一種具有六自由度的運(yùn)動(dòng)[72]，是通過(guò)船體坐標(biāo)系下的沿三個(gè)互相垂直的坐標(biāo)軸的直線移動(dòng)和繞其三個(gè)坐標(biāo)軸的角度轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)描述。水下潛器的動(dòng)力學(xué)方程如下所示：||||||||()sin||()cossin||()coscosuvwuuuuvwuvvvwwwwuwvvmumvrmwqkukuuFWBmvmwpmurkkvvFWvvBmwkwkwwmpmuqFWB

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-12-了完成位置跟蹤任務(wù)，水下潛器和目標(biāo)點(diǎn)之間的相對(duì)位置和速度最終趨為零。基于此，無(wú)模型控制器如下所示：((()))(())dktdtXtdt(2-6)其中，66k是比例增益，66是微分增益，d(t)是時(shí)變時(shí)延�？刂瓶蚣苋鐖D2-2所示。圖2-2控制系統(tǒng)的原理圖對(duì)于受控于(2-6)的水下潛器系統(tǒng)(2-5)，做出如下假設(shè)：假設(shè)2-1從水下潛器到岸基上的控制中心的通信延遲記為()sdt，反方向的延遲記為()adt，這樣可以將雙向時(shí)間延遲表示為()()()sadtdtdt。假設(shè)2-2對(duì)于時(shí)變時(shí)延d(t)，存在常數(shù)1d、2d、1、2使得12d(t)和120dd(t)d。2.3.2引入T-S模糊規(guī)則的動(dòng)態(tài)增益調(diào)整為了提高追蹤的動(dòng)態(tài)性能，我們嘗試使用T-S模糊規(guī)則優(yōu)化控制器中的比例增益和微分增益，使水下潛器能夠更準(zhǔn)確地跟蹤參考目標(biāo)。T-S模糊規(guī)則由兩個(gè)輸入和一個(gè)輸出描述，兩個(gè)輸入為追蹤誤差e和誤差導(dǎo)數(shù)e，輸出為控制器的動(dòng)態(tài)增益k、。由于各個(gè)自由度的模糊規(guī)則的原理具有相似的表述。在不失一般性的前提下，我們僅給出第一個(gè)自由度下的比例增益的調(diào)整過(guò)程，其他自由度和增益在此省略。具體定義的模糊控制規(guī)則[74]如下：模糊輸入由誤差和誤差率即1e和1e組成。同時(shí)，將1e或1e分為五個(gè)分區(qū)，即負(fù)無(wú)窮(NB),負(fù)小(NS),零(ZO)，正小(PS)和正無(wú)窮(PB)。隸屬度函數(shù)如圖2-3與2-4所示。

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本文編號(hào)：3485603