欠驱动AUV的轨迹跟踪反步滑模控制研究
发布时间：2022-01-06 03:32
在海洋工程领域,自主式水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）是实现海洋科学调查、海洋目标监测、深水探查、和海下油气勘探的重要工具。AUV的运动控制技术是其完成多种作业任务的基础,轨迹跟踪则是运动控制领域的热点课题。本文针对欠驱动AUV的轨迹跟踪问题,以非线性控制理论和方法为科研工具,开展课题研究。研究围绕以下几方面进行:（1）在参考相关文献的基础上,详述了欠驱动AUV运动控制仿真模型的建立过程。同时围绕本课题研究对象特点对AUV运动模型进行了适当简化。然后,分析了各种扰动量对欠驱动AUV运动的影响,并给出了各种非线性约束的表达模型。最后,对欠驱动AUV的运动特性和控制特性进行了论述。（2）在所建立运动模型的基础上,针对欠驱动AUV的水平面轨迹跟踪控制和深度跟踪控制这两个典型的二维运动跟踪问题,提出一种固定时间收敛的非奇异快速终端滑模控制方法。首先以水面船的跟踪研究成果为依托,采用虚拟速度控制策略将位置误差镇定控制转化为速度误差镇定控制。然后,采用固定时间收敛快速终端滑模设计了轨迹跟踪、深度跟踪控制器;同时设计补偿控制律对参数摄动问题进行补偿。最...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．?１固定坐标系与随体ｇ标系??Ｆｉｇ．?２．１?￡ａｒｔｈ－ｆｉｘｅｄ?ａｎｄ?ｂｏｄｙＪｆｉｘｅｄ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍｓ??
ｉｎ?ｙ?０??Ｒｘ＜／ｆ?＝?０?ｃｏｓ彡－ｓｉｎ＾?，?Ｒｖ０?＝?０?１０，?Ｒ：ｖ／?＝?ｓｉｎｉ／／?ｃｏｓｔ／／?０?（２．?１）??０?ｓｉｎ多?ｃｏｓ￥＿?－ｓｉｎ沒?０?ｃｏｓ沒?０?０?１??当固定坐标系和随体坐标系原点重合时，每个坐标轴经过以上变换矩阵旋转变换可??以使两个坐标系完全尊合，旋转过程如２．２图所示：??Ｒｘ，，?Ｒ＃??ｏｘｙｚ??？?〇ｘｙ２ｈ?？?〇ｘｈｙｚｈ?？?〇ｘｈｙｈｚｈ??绕ｏｘ旋转?绕ｏｙ旋转?绕ｏｚ旋转??图２．２坐标系旋转示意图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ｒｏｔａｔｉｏｎ??需要注意的是，三次旋转的顺序，己经明确规定为ａ＆ｖ，不可以改变。??＼?－?９?－??
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???３欠驱动ＡＵＶ二维运动跟踪研究??３．?１引言??ＡＵＶ?＇对于水平轨迹的跟踪以及深度跟踪是在实际作业中几种最为典型应用最广泛??的跟踪任务。欠驱动ＡＵＶ在定深水域的轨迹跟踪控制与深度跟踪可以为为海底地形勘??探，不同海洋层的探索提供技术支持［５１＿５４１。具有非常高的研宄价值和工程应用意义。??本章根据第二章所建立的数学模型引申出欠驱动ＡＵＶ水平与垂直面运动模型，进??行相关控制器的设计，并考虑了参数摄动问题，实现水平面轨迹跟踪控制与深度跟踪控??制。进而达到研究欠驱动ＡＵＶ运动特性，为之后三维轨迹跟踪控制研宄奠定基矗??３．２水平面轨迹跟踪控制??３．?２．?１欠驱动ＡＵＶ水平面运动模型??根据第二章的欠驱动ＡＵＶ运动数学建模工作和相应的参考文献，易知欠驱动ＡＵＶ??的水平面运动学模型也可以分为运动学和动力学两个部分。同样的根据第二章的分析，??采用固定坐标系和随体坐标系来共同描述欠驱动ＡＵＶ的水平面运动，坐标系之间的关??系如图３．１所示。１??．?，??Ｉ?Ｗ??；＾??Ｉ???？?？??°?ｙ?ｙ??图３．１固定坐标系与随体坐标系??Ｆｉｇ．?３．１?Ｆｉｘｅｄ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ａｎｄ?ｓａｔｅｌｌｉｔｅ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??欠驱动水平面运动学模型可以描述为：??Ｉ?－?‘?．??－１９?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于高斯过程回归的AUV自适应采样方法[J]. 阎述学,李一平,封锡盛. 机器人. 2019(02)
[2]海洋强国建设背景下加快海洋能开发利用的思考[J]. 刘玉新,王海峰,王冀,陈利博. 科技导报. 2018(14)
[3]海洋强国的实现需要有21世纪的海洋战略意识[J]. 朱锋. 亚太安全与海洋研究. 2018(04)
[4]基于反步滑模算法的水下无人航行器变深控制[J]. 蒋云彪,郭晨,于浩淼. 船舶工程. 2018(02)
[5]关于海洋强国战略的思考[J]. 贾宇. 太平洋学报. 2018(01)
[6]线性扩张状态观测器的改进及观测精度分析[J]. 孙佃升,章跃进. 国防科技大学学报. 2017(06)
[7]基于DSC和MLP的欠驱动船舶自适应滑模轨迹跟踪控制[J]. 沈智鹏,王茹. 系统工程与电子技术. 2018(03)
[8]欠驱动船舶自适应迭代滑模轨迹跟踪控制[J]. 沈智鹏,代昌盛,张宁. 交通运输工程学报. 2017(06)
[9]军用UUV发展方向与趋势（上）——美军用无人系统发展规划分析解读[J]. 钱东,赵江,杨芸. 水下无人系统学报. 2017(02)
[10]基于干扰观测器的欠驱动AUV自适应反演控制[J]. 陈巍,魏延辉,曾建辉,胡佳兴,王泽鹏. 中南大学学报(自然科学版). 2017(01)
博士论文
[1]非线性因素约束下欠驱动UUV轨迹跟踪控制方法研究[D]. 于浩淼.哈尔滨工程大学 2016
[2]水下机器人建模与鲁棒控制研究[D]. 杨睿.中国海洋大学 2015
[3]欠驱动自主水下航行器的非线性鲁棒控制策略研究[D]. 毕凤阳.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3571643
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．?１固定坐标系与随体ｇ标系??Ｆｉｇ．?２．１?￡ａｒｔｈ－ｆｉｘｅｄ?ａｎｄ?ｂｏｄｙＪｆｉｘｅｄ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍｓ??
ｉｎ?ｙ?０??Ｒｘ＜／ｆ?＝?０?ｃｏｓ彡－ｓｉｎ＾?，?Ｒｖ０?＝?０?１０，?Ｒ：ｖ／?＝?ｓｉｎｉ／／?ｃｏｓｔ／／?０?（２．?１）??０?ｓｉｎ多?ｃｏｓ￥＿?－ｓｉｎ沒?０?ｃｏｓ沒?０?０?１??当固定坐标系和随体坐标系原点重合时，每个坐标轴经过以上变换矩阵旋转变换可??以使两个坐标系完全尊合，旋转过程如２．２图所示：??Ｒｘ，，?Ｒ＃??ｏｘｙｚ??？?〇ｘｙ２ｈ?？?〇ｘｈｙｚｈ?？?〇ｘｈｙｈｚｈ??绕ｏｘ旋转?绕ｏｙ旋转?绕ｏｚ旋转??图２．２坐标系旋转示意图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ｒｏｔａｔｉｏｎ??需要注意的是，三次旋转的顺序，己经明确规定为ａ＆ｖ，不可以改变。??＼?－?９?－??
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???３欠驱动ＡＵＶ二维运动跟踪研究??３．?１引言??ＡＵＶ?＇对于水平轨迹的跟踪以及深度跟踪是在实际作业中几种最为典型应用最广泛??的跟踪任务。欠驱动ＡＵＶ在定深水域的轨迹跟踪控制与深度跟踪可以为为海底地形勘??探，不同海洋层的探索提供技术支持［５１＿５４１。具有非常高的研宄价值和工程应用意义。??本章根据第二章所建立的数学模型引申出欠驱动ＡＵＶ水平与垂直面运动模型，进??行相关控制器的设计，并考虑了参数摄动问题，实现水平面轨迹跟踪控制与深度跟踪控??制。进而达到研究欠驱动ＡＵＶ运动特性，为之后三维轨迹跟踪控制研宄奠定基矗??３．２水平面轨迹跟踪控制??３．?２．?１欠驱动ＡＵＶ水平面运动模型??根据第二章的欠驱动ＡＵＶ运动数学建模工作和相应的参考文献，易知欠驱动ＡＵＶ??的水平面运动学模型也可以分为运动学和动力学两个部分。同样的根据第二章的分析，??采用固定坐标系和随体坐标系来共同描述欠驱动ＡＵＶ的水平面运动，坐标系之间的关??系如图３．１所示。１??．?，??Ｉ?Ｗ??；＾??Ｉ???？?？??°?ｙ?ｙ??图３．１固定坐标系与随体坐标系??Ｆｉｇ．?３．１?Ｆｉｘｅｄ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ａｎｄ?ｓａｔｅｌｌｉｔｅ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??欠驱动水平面运动学模型可以描述为：??Ｉ?－?‘?．??－１９?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于高斯过程回归的AUV自适应采样方法[J]. 阎述学,李一平,封锡盛. 机器人. 2019(02)
[2]海洋强国建设背景下加快海洋能开发利用的思考[J]. 刘玉新,王海峰,王冀,陈利博. 科技导报. 2018(14)
[3]海洋强国的实现需要有21世纪的海洋战略意识[J]. 朱锋. 亚太安全与海洋研究. 2018(04)
[4]基于反步滑模算法的水下无人航行器变深控制[J]. 蒋云彪,郭晨,于浩淼. 船舶工程. 2018(02)
[5]关于海洋强国战略的思考[J]. 贾宇. 太平洋学报. 2018(01)
[6]线性扩张状态观测器的改进及观测精度分析[J]. 孙佃升,章跃进. 国防科技大学学报. 2017(06)
[7]基于DSC和MLP的欠驱动船舶自适应滑模轨迹跟踪控制[J]. 沈智鹏,王茹. 系统工程与电子技术. 2018(03)
[8]欠驱动船舶自适应迭代滑模轨迹跟踪控制[J]. 沈智鹏,代昌盛,张宁. 交通运输工程学报. 2017(06)
[9]军用UUV发展方向与趋势（上）——美军用无人系统发展规划分析解读[J]. 钱东,赵江,杨芸. 水下无人系统学报. 2017(02)
[10]基于干扰观测器的欠驱动AUV自适应反演控制[J]. 陈巍,魏延辉,曾建辉,胡佳兴,王泽鹏. 中南大学学报(自然科学版). 2017(01)
博士论文
[1]非线性因素约束下欠驱动UUV轨迹跟踪控制方法研究[D]. 于浩淼.哈尔滨工程大学 2016
[2]水下机器人建模与鲁棒控制研究[D]. 杨睿.中国海洋大学 2015
[3]欠驱动自主水下航行器的非线性鲁棒控制策略研究[D]. 毕凤阳.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3571643
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xixikjs/3571643.html