無人水面艇是一種依靠艇載傳感器實(shí)現(xiàn)自主航行的智能化小型水面平臺。作為無人系統(tǒng)的重要組成部分,無人水面艇的研究對于國家海洋事業(yè)的發(fā)展以及海洋權(quán)益的維護(hù)至關(guān)重要。為了確保無人水面艇能夠搭載不同任務(wù)荷載以順利完成各項(xiàng)任務(wù),無人水面艇需具備快速準(zhǔn)確的航向、航跡控制性能以及較強(qiáng)的抗干擾能力。本文以“藍(lán)信”號無人水面艇為研究對象,考慮到未建模動態(tài)以及風(fēng)、浪、流等外界干擾對其運(yùn)動的影響,進(jìn)行了航向與航跡控制器的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證工作。具體的研究內(nèi)容如下所示:首先,本文建立了“藍(lán)信”號無人水面艇的線性數(shù)學(xué)模型、非線性數(shù)學(xué)模型以及艉機(jī)模型,為航向以及航跡控制器的分析與設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)�？紤]到風(fēng)、浪、流等外界干擾會對無人水面艇的運(yùn)動產(chǎn)生影響,故又建立了干擾數(shù)學(xué)模型。針對無人水面艇航向控制問題,本文在軌跡線性化控制算法的基礎(chǔ)上引入非線性干擾觀測器,設(shè)計(jì)了基于非線性干擾觀測器的快慢回路時標(biāo)分離的軌跡線性化航向控制器并利用Lyapunov理論給出了相應(yīng)的穩(wěn)定性分析。為了避免傳統(tǒng)軌跡線性化控制算法利用一階慣性環(huán)節(jié)及偽微分器求取微分信號時可能出現(xiàn)的峰值現(xiàn)象,本文利用二階最速離散跟蹤微分器為指令信號及其微分信號安排了合理的過渡... 

【文章來源】：大連海事大學(xué)遼寧省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１運(yùn)動坐標(biāo)系?－??Ｆｉｇ．?２．１?Ｍｏｔｉｏｎ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??

?人連海事大學(xué)碩士學(xué)位論文???角及艏搖角。〇－ｘ＿ｙｚ則表示附體坐標(biāo)系。其中，〇同樣表示原點(diǎn)，該點(diǎn)為無人水面艇的??質(zhì)點(diǎn)，Ｘ和ｙ則分別指示艇艏及右般方向，Ｚ同樣指示地心方向，Ｗ、Ｖ、Ｗ分別表示前??進(jìn)、橫漂以及起伏速度，／？、？、ｒ則分別表示橫堯縱搖以及艏搖角速度。??在對無人水面艇的運(yùn)動進(jìn)行研究時，通常只需要考慮其前進(jìn)、橫漂以及艏搖運(yùn)動，??故其運(yùn)動問題可看作３自由度的平齒運(yùn)動問題。平面運(yùn)動示意圖如圖２．２所示。??個??Ｘ??０?＇?Ｙ??圖２．?２平面運(yùn)動示意圖??Ｆｉｇ．?２．２?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｌａｎｅ?ｍｏｔｉｏｎ??圖中，ｙ表示艏向角，ｓ表示推力角，ｆ表示運(yùn)動速度。??無人水面艇的平移運(yùn)動可用式（Ｚ１）所示的方程表示：??｛ｍ（ｕ?－?ｒｖ—ｘｒｒ￣）?＝?Ｘ??ｖ?Ｇ?（２．１）??ｍ（ｖ?＋?ｒｕ＋ｘＧｒ）?＝?Ｙ??式中，ｍ表示無人水面艇的質(zhì)量，＆表示質(zhì)點(diǎn)在ｘ軸的坐標(biāo)，Ｘ、ｒ則分別表示ｘ、??ｙ方向上作用于無人水面艇的水動力。??無人水面艇的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動可用式（２．２）所示的方程表示：??ｌｚｊ?＋?ｍｘＧ?（ｖ?＋?ｒｕ）?＝?Ｎ?（２．２）??式中，厶表示無人水面艇相對于ｚ軸的轉(zhuǎn)動慣量則表示Ｚ方向上作用于無人水??面艇的水動力矩。??由于無人水面艇運(yùn)動及操舵引起的水動力和水動力矩可以通過當(dāng)前時刻的運(yùn)動參??數(shù)ｗ、ｖ、ｒ、ｉｉ、／■以及推力角角定，它們之間的關(guān)系滿足：??－７－??

＊，??Ｖ??１?／、！??６０?■?Ｙ?■?。２５?／?＼＼??ｇ?５０?．?／?Ｉ?２０?＇?／?＼?■??４０?■?／?＊１５．／?Ｉ?－??３０?／?／?ｉ＼??／?１０?ｉ＼?．??２０?／?？?；?ｉ?＼??－■／?５ｉ＇??＿．?．?＿＿，?，??〇ｉ——‘、、－一——，————??０?５?１０?１５?２０?２５?３０?０?５?１０?１５?２０?２５?３０??時間／ｓ?時間／ｓ??圖３．?３航向保持（無不確定因素）??Ｆｉｇ．?３．３?Ｃｏｕｒｓｅ?ｋｅｅｐｉｎｇ?ｗｉｔｈｏｕｔ?ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓ??為了定量描述兩種控制算法的控制性能，表３．１列出了?ＰＩＤ以及ＴＬＣ算法的超調(diào)量??和±５％條件下的調(diào)節(jié)時間。??－２６－??

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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[2]基于Beaglebone Black的輪式倒立擺機(jī)器人的軌跡線性化控制[D]. 陳育.大連海事大學(xué) 2017
[3]無人水面艇實(shí)時路徑規(guī)劃系統(tǒng)研究[D]. 孫曉界.大連海事大學(xué) 2016
[4]航天器姿態(tài)控制干擾抑制及振動隔離問題研究[D]. 馬晶晶.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
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本文編號：3605511