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基于双目视觉的UUV自主寻的控制方法研究
| 论文题名： | 基于双目视觉的UUV自主寻的控制方法研究 |
| 关键词： | 无人水下航行器;双目视觉;自主控制;抖振消除 |
| 摘要： | 水下视觉系统能够在近距离范围内为无人水下航行器（UUV）提供高分辨率、高精度且较为完整的外界环境信息，因此其在越来越多的水下作业任务中得到了广泛的应用。常见的UUV应用水下视觉技术完成的水下作业任务主要有：水下对接、回收入坞、目标跟踪、目标拍摄、导航定位等。UUV安装水下双目视觉系统后，能够像人眼一样捕获并提供给 UUV高精度的目标物视觉测量信息，若结合有效的视觉控制器构成视觉控制系统，则可导引并控制UUV成功抵近水下目标物。 本课题以UUV自主抵近水下目标物并抵达作业工具的作业范围为背景，开展近距离范围内基于双目视觉的UUV自主寻的控制方法研究。本文的主要工作如下： 首先，建立了UUV六自由度空间运动学及动力学模型；分析了其所受的附加质量、水动力（矩）和恢复力（矩），给出了其推力模型及推力分配；讨论了UUV动力学模型的特性。 其次，介绍了UUV双目视觉系统的组成及其在UUV上的安装方案；通过三维重构计算得到目标物特征点的三维坐标，考虑到 UUV实际要抵达的作业位置并不是目标物的三维位置，根据UUV作业需求以及目标物位置与UUV实际作业位置之间的约束关系，通过坐标变换得到UUV期望的三维作业位置给定。 然后，针对位置给定型 UUV双目视觉控制问题，设计了三种控制器：1）假设UUV动力学模型精确已知并且系统不受外界干扰时，设计了带有恢复力补偿的PD控制器，给出了控制器的稳定性证明；2）假设UUV不确定模型参数上界及未知外界定常扰动作用点均为已知时，设计了鲁棒自适应PID控制器，提出了保证控制器稳定的定理，并给出了定理的证明；3）假设UUV不确定模型参数上界已知和未知外界定常扰动作用在 UUV几何中心时，设计了双闭环自适应滑模控制器，为了消除传统滑模控制器的抖振现象，提出了一种无抖振双闭环自适应滑模控制器，该控制器不需要已知UUV不确定模型参数的上界，并利用Lynapunov稳定性理论与Barbalat引理分别证明了改进前和改进后的双闭环自适应滑模控制器的稳定性。 最后，通过仿真案例对所设计的三种位置给定型 UUV双目视觉控制方法进行有效性验证。设计并执行了UUV利用双目视觉系统逼近作业目标并抵达作业位置的仿真案例，给出了UUV在所设计的三种双目视觉控制器作用下的仿真实验结果，验证了所设计的三种控制器的合理性和有效性；对比了三种控制器的控制效果，分析了三种控制器各自的优缺点。 |
| 作者： | 乔磊 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 徐健 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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