本文關(guān)鍵詞：基于反演滑模的欠驅(qū)動(dòng)AUV的路徑跟蹤控制研究

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【摘要】：近年來,智能水下機(jī)器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)代海洋開發(fā)的各項(xiàng)活動(dòng)中。欠驅(qū)動(dòng)AUV系統(tǒng)模型具有高度的非線性、各個(gè)自由度之間的運(yùn)動(dòng)具有較強(qiáng)的耦合性、易受外界干擾的不確定性、控制輸入的約束,這些因素都使欠驅(qū)動(dòng)AUV的路徑跟蹤控制變得復(fù)雜和賦有挑戰(zhàn)性。首先分析欠驅(qū)動(dòng)AUV的結(jié)構(gòu)特征,同時(shí)考慮欠驅(qū)動(dòng)AUV的非線性水動(dòng)力項(xiàng)和自由度之間耦合項(xiàng),建立欠驅(qū)動(dòng)AUV六自由度運(yùn)動(dòng)學(xué)模型與動(dòng)力學(xué)模型。根據(jù)實(shí)際工程需要對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化并解耦為水平面、垂直面三自由度模型;之后,在分析欠驅(qū)動(dòng)AUV非線性模型的基礎(chǔ)上,給出基于反演非線性滑模自適應(yīng)方法的控制率的推導(dǎo),并在水平面定速控制、定向控制仿真實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證模型的有效性和控制方法的可行性;最后,建立基于*SF坐標(biāo)系的路徑跟蹤誤差方程,在由虛擬參考點(diǎn)運(yùn)動(dòng)所生成的待跟蹤光滑曲線中,選擇路徑參數(shù)s作為額外控制量,調(diào)節(jié)其變化率縮小跟蹤誤差,同時(shí)引入趨近角概念改善欠驅(qū)動(dòng)AUV收斂于期望路徑的暫態(tài)性能。根據(jù)前文所述設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)學(xué)控制器和動(dòng)力學(xué)控制器,實(shí)現(xiàn)水平面、垂直面、三維空間的路徑跟蹤。在SIMULINK平臺(tái)建立仿真模型,進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證基于反演非線性滑模自適應(yīng)方法的控制器的有效性與"魯棒性"。
【關(guān)鍵詞】：欠驅(qū)動(dòng)AUV 路徑跟蹤控制 反演滑模 魯棒性
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U674.941
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 欠驅(qū)動(dòng)AUV路徑跟蹤概述10-11
• 1.2.1 AUV采用欠驅(qū)動(dòng)形式的原因10-11
• 1.2.2 AUV路徑跟蹤控制的難點(diǎn)11
• 1.3 AUV的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其控制方法的研究成果11-15
• 1.3.1 AUV國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.3.2 AUV國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.3.3 路徑跟蹤控制研究成果14-15
• 1.4 本論文的研究意義和主要內(nèi)容15-18
• 第2章 欠驅(qū)動(dòng)AUV運(yùn)動(dòng)模型18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 坐標(biāo)系與運(yùn)動(dòng)參數(shù)18-19
• 2.3 欠驅(qū)動(dòng)AUV運(yùn)動(dòng)學(xué)方程19-20
• 2.4 欠驅(qū)動(dòng)AUV動(dòng)力學(xué)方程20-28
• 2.4.1 流體靜力24
• 2.4.2 艇體水動(dòng)力24-27
• 2.4.3 推進(jìn)器推力27
• 2.4.4 舵力27-28
• 2.5 模型簡(jiǎn)化28-29
• 2.5.1 水平面模型28
• 2.5.2 垂直面模型28-29
• 2.6 本章小結(jié)29-30
• 第3章 反演滑模控制理論基礎(chǔ)30-42
• 3.1 反演法30-33
• 3.1.1 Lyapunov穩(wěn)定性理論30-32
• 3.1.2 反演法基本原理32-33
• 3.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制33-36
• 3.2.1 基本原理33-34
• 3.2.2 滑模面設(shè)計(jì)34-35
• 3.2.3 抖振35-36
• 3.3 簡(jiǎn)單反演滑�？刂�36-38
• 3.4 自適應(yīng)反演滑�？刂�38-40
• 3.5 自適應(yīng)反演非線性滑模控制40-42
• 第4章 欠驅(qū)動(dòng)AUV的基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)控制42-53
• 4.1 引言42
• 4.2 水平面自適應(yīng)反演滑�；A(chǔ)控制42-47
• 4.2.1 控制器設(shè)計(jì)42-43
• 4.2.2 仿真研究43-47
• 4.3 垂直面自適應(yīng)反演滑�；A(chǔ)控制47-52
• 4.3.1 控制器設(shè)計(jì)47-49
• 4.3.2 仿真研究49-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 第5章 欠驅(qū)動(dòng)AUV二維路徑跟蹤控制53-80
• 5.1 引言53
• 5.2 水平面路徑跟蹤控制53-68
• 5.2.1 AUV水平面運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型53-54
• 5.2.2 AUV水平面路徑跟蹤誤差模型54-56
• 5.2.3 AUV水平面路徑跟蹤控制器設(shè)計(jì)56-58
• 5.2.4 仿真研究58-68
• 5.3 垂直面路徑跟蹤控制68-79
• 5.3.1 AUV垂直面運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型68-69
• 5.3.2 AUV垂直面路徑跟蹤誤差模型69-71
• 5.3.3 AUV垂直面路徑跟蹤控制器設(shè)計(jì)71-73
• 5.3.4 仿真研究73-79
• 5.4 本章小結(jié)79-80
• 第6章 欠驅(qū)動(dòng)AUV三維路徑跟蹤控制80-90
• 6.1 引言80
• 6.2 AUV六自由度運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型80
• 6.3 AUV三維路徑跟蹤誤差模型80-83
• 6.4 AUV三維路徑跟蹤控制器83-85
• 6.5 仿真研究85-90
• 結(jié)論90-92
• 參考文獻(xiàn)92-96
• 致謝96

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