喷水推进水面无人艇的非线性控制方法研究
发布时间：2022-06-02 23:12
喷水推进水面无人艇作为新型作战平台，可搭载传感器、通讯装置和作战载荷，具有隐身性好、操纵灵活、自动驾驶等特点，适合在各种恶劣环境下，执行快速信息侦查、潜伏和作战等任务。喷水推进水面无人艇系统的建立，将在可能的未来海战中为大部队扫清海上障碍、建立快速海上通道等方面发挥积极作用。本论文以某科研项目和国家自然科学基金（No:50909026）为背景，结合喷水推进无人艇执行任务中的离港、接近任务区域以及跟踪目标等实际工作的需要，具体研究喷水推进无人艇的航向控制、动态定位以及轨迹跟踪控制等几方面问题。利用MMG分离原理建立了喷水推进无人艇的操纵运动方程，并对喷水推进无人艇的流体水动力特性进行分析，给出水动力特性的计算公式。建立无人艇系统中alamarinjet230型喷水推进器的数学模型，并与实验数据对比验证了建立的喷水推进器模型的合理性。最终获得喷水推进无人艇的水面三自由度运动的动力学模型。研究了喷水推进无人艇的航向控制问题。航向控制系统模型存在未知上界扰动，其中包括无人艇喷口转动过程中的喷水速度和纵向速度的损失，以及在执行任务过程中海况的变化。为此，提出了基于模糊自调整...
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景、目的及意义
1.2 研究发展现状综述
1.2.1 无人艇发展综述
1.2.2 喷水推进器的发展研究现状
1.2.3 无人艇运动控制研究现状
1.3 论文主要研究内容
第2章 喷水推进艇运动模型研究
2.1 引言
2.2 喷水推进无人艇运动方程
2.2.1 参考坐标系与符号定义
2.2.2 无人艇操纵运动方程
2.3 船舶的流体力和力矩
2.3.1 附加质量
2.3.2 粘性水动力和力矩
2.4 喷水推进器模型
2.4.1 喷水推进器的原理与结构
2.4.2 喷口水流速度计算
2.4.3 推进器推力及力矩
2.5 本章小结
第3章 喷水推进艇航向控制
3.1 引言
3.2 喷水推进艇航向控制模型
3.3 鲁棒自适应滑模航向控制设计
3.3.1 传统滑模控制器
3.3.2 具有摄动估计的鲁棒自适应滑模控制设计
3.3.3 稳定性分析
3.3.4 控制器参数调整
3.4 基于模糊自调整的鲁棒自适应滑模航向控制
3.4.1 模糊逻辑
3.4.2 基于模糊自调整的鲁棒自适应滑模控制
3.4.3 基于单输入模糊自调整的鲁棒自适应滑模控制
3.5 仿真研究及分析
3.6 本章小结
第4章 喷水推进艇欠驱动特性分析
4.1 引言
4.2 欠驱动机械系统模型
4.3 喷水推进艇的欠驱动模型
4.4 喷水推进艇欠驱动特性分析
4.4.1 喷水推进艇水平面运动方程的微分同胚变换
4.4.2 系统欠驱动特性的判定
4.4.3 欠驱动喷水推进艇运动方程非完整性
4.5 喷水推进艇水面无人艇可达性分析
4.6 欠驱动喷水推进艇可控性分析
4.6.1 可控性分析
4.6.2 小时间局部可控
4.7 本章小结
第5章 喷水推进艇动态定位控制
5.1 引言
5.2 坐标和反馈变换
5.3 快速终端滑模镇定控制器设计
5.3.1 子系统∑1 的有限时间 GFTSM 控制律设计
5.3.2 子系统∑ 2的有限时间 GFTSM 控制律设计
5.3.3 控制律切换分析
5.4 时变反馈控制律设计
5.5 仿真研究及分析
5.5.1 分段控制律仿真及分析
5.5.2 时变反馈控制律仿真及分析
5.6 本章小结
第6章 喷水推进艇轨迹跟踪控制
6.1 引言
6.2 坐标和反馈变换
6.3 跟踪控制器设计
6.4 干扰环境下鲁棒跟踪控制器设计
6.5 仿真研究及分析
6.5.1 无扰动跟踪控制器仿真及分析
6.5.2 扰动环境跟踪控制器仿真及分析
6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于自适应输出反馈的船舶航向控制[J]. 王志文,彭秀艳. 北京理工大学学报. 2011(04)
[2]基于动态神经模糊算法的船舶航向自适应控制[J]. 汪洋,郭晨,孙富春,沈智鹏. 哈尔滨工程大学学报. 2009(10)
[3]基于反步法和滑模观测器的船舶航向控制[J]. 朱齐丹,周芳,赵国良,包卫卫. 华中科技大学学报(自然科学版). 2009(04)
[4]欠驱动水面船舶运动控制研究综述[J]. 郭晨,汪洋,孙富春,沈智鹏. 控制与决策. 2009(03)
[5]一类船舶直线航迹控制系统全局渐近稳定的充分条件及推论[J]. 周岗,陈永冰,姚琼荟,周永余,李文魁. 自动化学报. 2007(11)
[6]基于动态非线性滑动模态的欠驱动船舶直线航迹控制[J]. 卜仁祥,刘正江,胡江强. 清华大学学报(自然科学版). 2007(S2)
[7]不完全驱动船舶直线航迹控制稳定性研究[J]. 周岗,姚琼荟,陈永冰,周永余,李文魁. 自动化学报. 2007(04)
[8]喷水推进在现代舰艇的应用分析[J]. 丁江明,王永生,刘承江,孙存楼. 舰船科学技术. 2006(06)
[9]喷水推进器推力的动量计算法[J]. 孙存楼,王永生,丁江明,刘承江. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2006(06)
[10]船舶航迹迭代非线性滑模增量反馈控制算法[J]. 卜仁祥,刘正江,李铁山. 交通运输工程学报. 2006(04)
本文编号：3653264
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景、目的及意义
1.2 研究发展现状综述
1.2.1 无人艇发展综述
1.2.2 喷水推进器的发展研究现状
1.2.3 无人艇运动控制研究现状
1.3 论文主要研究内容
第2章 喷水推进艇运动模型研究
2.1 引言
2.2 喷水推进无人艇运动方程
2.2.1 参考坐标系与符号定义
2.2.2 无人艇操纵运动方程
2.3 船舶的流体力和力矩
2.3.1 附加质量
2.3.2 粘性水动力和力矩
2.4 喷水推进器模型
2.4.1 喷水推进器的原理与结构
2.4.2 喷口水流速度计算
2.4.3 推进器推力及力矩
2.5 本章小结
第3章 喷水推进艇航向控制
3.1 引言
3.2 喷水推进艇航向控制模型
3.3 鲁棒自适应滑模航向控制设计
3.3.1 传统滑模控制器
3.3.2 具有摄动估计的鲁棒自适应滑模控制设计
3.3.3 稳定性分析
3.3.4 控制器参数调整
3.4 基于模糊自调整的鲁棒自适应滑模航向控制
3.4.1 模糊逻辑
3.4.2 基于模糊自调整的鲁棒自适应滑模控制
3.4.3 基于单输入模糊自调整的鲁棒自适应滑模控制
3.5 仿真研究及分析
3.6 本章小结
第4章 喷水推进艇欠驱动特性分析
4.1 引言
4.2 欠驱动机械系统模型
4.3 喷水推进艇的欠驱动模型
4.4 喷水推进艇欠驱动特性分析
4.4.1 喷水推进艇水平面运动方程的微分同胚变换
4.4.2 系统欠驱动特性的判定
4.4.3 欠驱动喷水推进艇运动方程非完整性
4.5 喷水推进艇水面无人艇可达性分析
4.6 欠驱动喷水推进艇可控性分析
4.6.1 可控性分析
4.6.2 小时间局部可控
4.7 本章小结
第5章 喷水推进艇动态定位控制
5.1 引言
5.2 坐标和反馈变换
5.3 快速终端滑模镇定控制器设计
5.3.1 子系统∑1 的有限时间 GFTSM 控制律设计
5.3.2 子系统∑ 2的有限时间 GFTSM 控制律设计
5.3.3 控制律切换分析
5.4 时变反馈控制律设计
5.5 仿真研究及分析
5.5.1 分段控制律仿真及分析
5.5.2 时变反馈控制律仿真及分析
5.6 本章小结
第6章 喷水推进艇轨迹跟踪控制
6.1 引言
6.2 坐标和反馈变换
6.3 跟踪控制器设计
6.4 干扰环境下鲁棒跟踪控制器设计
6.5 仿真研究及分析
6.5.1 无扰动跟踪控制器仿真及分析
6.5.2 扰动环境跟踪控制器仿真及分析
6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于自适应输出反馈的船舶航向控制[J]. 王志文,彭秀艳. 北京理工大学学报. 2011(04)
[2]基于动态神经模糊算法的船舶航向自适应控制[J]. 汪洋,郭晨,孙富春,沈智鹏. 哈尔滨工程大学学报. 2009(10)
[3]基于反步法和滑模观测器的船舶航向控制[J]. 朱齐丹,周芳,赵国良,包卫卫. 华中科技大学学报(自然科学版). 2009(04)
[4]欠驱动水面船舶运动控制研究综述[J]. 郭晨,汪洋,孙富春,沈智鹏. 控制与决策. 2009(03)
[5]一类船舶直线航迹控制系统全局渐近稳定的充分条件及推论[J]. 周岗,陈永冰,姚琼荟,周永余,李文魁. 自动化学报. 2007(11)
[6]基于动态非线性滑动模态的欠驱动船舶直线航迹控制[J]. 卜仁祥,刘正江,胡江强. 清华大学学报(自然科学版). 2007(S2)
[7]不完全驱动船舶直线航迹控制稳定性研究[J]. 周岗,姚琼荟,陈永冰,周永余,李文魁. 自动化学报. 2007(04)
[8]喷水推进在现代舰艇的应用分析[J]. 丁江明,王永生,刘承江,孙存楼. 舰船科学技术. 2006(06)
[9]喷水推进器推力的动量计算法[J]. 孙存楼,王永生,丁江明,刘承江. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2006(06)
[10]船舶航迹迭代非线性滑模增量反馈控制算法[J]. 卜仁祥,刘正江,李铁山. 交通运输工程学报. 2006(04)
本文编号：3653264
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