小型自主水下航行器運(yùn)動(dòng)控制研究

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1、碩士學(xué)位論文MASTER’SDISSERTATION論文題目小型自主水下航行器運(yùn)動(dòng)控制研究作者姓名武延志學(xué)科專業(yè)控制理論與控制工程指導(dǎo)教師黃茹楠副教授2016年5月中圖分類號(hào)：TP273學(xué)校代碼：10216UDC：621.3密級(jí)：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文小型自主水下航行器運(yùn)動(dòng)控制研究碩士研究生：武延志導(dǎo)師：黃茹楠副教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)：控制理論與控制工程所在單位：電氣工程學(xué)院答辯日期：2016年5月授予學(xué)位單位：燕山大學(xué)ADissertationinControlTheoryandControlEngineeringRESEARCHOFSMALLAUTO

2、NOMOUSUNDERWATERVEHICLEMOTIONCONTROLByYanzhiWuSupervisor:AssociateProfessorRunanHuangYanshanUniversityMay,2016燕山大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：此處所提交的碩士學(xué)位論文《小型水下航行器運(yùn)動(dòng)控制研究》，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，在燕山大學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。論文中除已注明部分外不包含他人已發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究工作做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式注明。本聲明的法律結(jié)果將完全由本人承擔(dān)。作者簽字：日

3、期：年月日摘要摘要小型自主水下航行器(UUV:UnmannedUnderwaterVehicleorAUV:AutonomousUnderwaterVehicle)，具有高度的自主性、精確的跟蹤和控制能力，可通過(guò)遙控或自主導(dǎo)航控制的方式在水下運(yùn)動(dòng)完成水下任務(wù)。本文針對(duì)小型水下航行器的多自由度強(qiáng)耦合、非線性系統(tǒng)，考慮外界復(fù)雜水流干擾及自身建模誤差等不確定性因素的影響，針對(duì)AUV的二維平面運(yùn)動(dòng)，采用動(dòng)態(tài)滑?？刂埔约盎诜蔷€性干擾觀測(cè)器(NDO:NonlinearDisturbanceObserver)的方法，設(shè)計(jì)了航向跟蹤控制器；采用自適應(yīng)滑?？刂破髟O(shè)計(jì)軸向控制器

4、，建立軸向跟蹤控制算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)航向和軸向的快速、精確的跟蹤響應(yīng)控制，仿真驗(yàn)證了水下航行器平面運(yùn)動(dòng)控制與所設(shè)計(jì)算法的有效性和準(zhǔn)確性。本文研究工作如下:第一部分：模型建立。建立了AUV的空間運(yùn)動(dòng)體坐標(biāo)系，根據(jù)地面慣性坐標(biāo)系和體坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系建立了水下航行器空間六自由度數(shù)學(xué)模型；針對(duì)數(shù)學(xué)模型中存在的未建模動(dòng)態(tài)和外界環(huán)境干擾等因素等效的系統(tǒng)總干擾項(xiàng)，將AUV數(shù)學(xué)模型按照運(yùn)動(dòng)平面解耦方法簡(jiǎn)化為航向角運(yùn)動(dòng)模型和軸向運(yùn)動(dòng)模型。第二部分：航向控制器設(shè)計(jì)?？紤]到AUV航向運(yùn)動(dòng)控制的復(fù)雜性以及外界不同程度的水流干擾，設(shè)計(jì)可根據(jù)不同干擾自動(dòng)選取不同控制方法的智能航向控制器，

5、仿真驗(yàn)證了該控制策略的有效性和智能性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)參考航向的快速、精確跟蹤。第三部分：軸向控制器設(shè)計(jì)。針對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)控制的特殊性，選取了自適應(yīng)反演滑?？刂撇呗裕O(shè)計(jì)了軸向運(yùn)動(dòng)控制器，仿真研究結(jié)果驗(yàn)證了跟蹤控制的穩(wěn)定性和精確性。關(guān)鍵詞：小型自主水下航行器；動(dòng)態(tài)滑?？刂?；干擾觀測(cè)器；航向跟蹤控制；軸向跟蹤控制-I-燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractThesmallautonomousunderwatervehicle(AUV),alsoknownasthesmallunmannedunderwatervehicle,hashighlydegreeofautonom

6、yandtheabilityofpreciselycontrolandtrack,andisabletocompletesomegiventasksunderthewaterbyremotecontrolorsomeindependentoperationmethods.ThesmallAUVisastrongcouplingnonlinearsystemwithmultipledegreeoffreedom.Consideringtheexternalcomplexflowdisturbancesanditsinherentmodelingerrors,th

7、ispapermainlyfocusesonthetwo-dimensionalplanemovementsoftheAUV,notonlytakingmethodsofslidingmode,dynamicslidingmodeandNonlinearDisturbanceObservertodesigntheheadingtrackingcontroller,butalsoproposingthesurgemotioncontrollerwiththeadaptiveslidingmode,whichmainlystudiesheadingtracking

8、control.Finally,the