在對海洋探索的過程中,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)用范圍的擴大,控制策略研究逐漸成為水下潛器應(yīng)用的一個重要課題,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點,同時在追蹤過程中提高其控制系統(tǒng)的準確性和穩(wěn)定性,這對發(fā)展水下潛器技術(shù)具有重要的理論與現(xiàn)實意義。然而,水聲網(wǎng)絡(luò)信道中的時變時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了挑戰(zhàn)性,這使得傳統(tǒng)的控制技術(shù)在時效性、準確度方面尚不能完全滿足控制需求。因此,有必要研究時效性強、準確度高的追蹤控制算法。本文考慮到通信時延和執(zhí)行器飽和的約束,對水下潛器的追蹤控制展開研究。本文的主要研究工作如下:1、針對水聲通信網(wǎng)絡(luò)信道中不可避免的時變時延問題,設(shè)計了基于通信時延的控制器,實現(xiàn)單個水下潛器對水下目標的跟蹤控制,并在此基礎(chǔ)上,利用了Takagi-Sugeno（T-S）模糊規(guī)則對控制器的增益系數(shù)進行動態(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、針對多個水下潛器的協(xié)同控制問題,考慮了多層級控制子系統(tǒng)間的緊密耦合關(guān)系和水聲通信網(wǎng)絡(luò)中通信時... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

論文研究內(nèi)容

第2章考慮通信時延的單水下潛器追蹤控制算法-9-船體坐標系[71]:也稱載體坐標系。該坐標系建立在水下潛器載體上，隨著載體運動位置的變化而變化。u軸與水下潛器的對稱軸平行，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大地坐標系（IRF）和船體坐標系（BRF）在大地坐標系中，可用T[x,y,z,,,]描述水下潛器相對于大地坐標系的位置和方向，其中x、y、z分別為水下潛器在大地坐標系中的位置；、、表示水下潛器在三個方向的姿態(tài)，即橫傾角、俯仰角、偏航角。在船體坐標系中，水下潛器的線速度和角速度相對于船體坐標系可描述為T[u,v,w,p,q,r]，其中u、v、w分別表示其線速度在船體坐標系的投影，分別表示進退、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動力學(xué)和運動學(xué)模型建立水下潛器的空間的運動實質(zhì)上是一種具有六自由度的運動[72]，是通過船體坐標系下的沿三個互相垂直的坐標軸的直線移動和繞其三個坐標軸的角度轉(zhuǎn)動來描述。水下潛器的動力學(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)，水下潛器和目標點之間的相對位置和速度最終趨為零�；诖�，無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)是時變時延�？刂瓶蚣苋鐖D2-2所示。圖2-2控制系統(tǒng)的原理圖對于受控于(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，這樣可以將雙向時間延遲表示為()()()sadtdtdt。假設(shè)2-2對于時變時延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)則的動態(tài)增益調(diào)整為了提高追蹤的動態(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確地跟蹤參考目標。T-S模糊規(guī)則由兩個輸入和一個輸出描述，兩個輸入為追蹤誤差e和誤差導(dǎo)數(shù)e，輸出為控制器的動態(tài)增益k、。由于各個自由度的模糊規(guī)則的原理具有相似的表述。在不失一般性的前提下，我們僅給出第一個自由度下的比例增益的調(diào)整過程，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，將1e或1e分為五個分區(qū)，即負無窮(NB),負小(NS),零(ZO)，正小(PS)和正無窮(PB)。隸屬度函數(shù)如圖2-3與2-4所示。

【參考文獻】：
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本文編號：3485603