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原文传递基于自适应动态面控制的自主海洋航行器协同路径跟踪

论文题名：	基于自适应动态面控制的自主海洋航行器协同路径跟踪
关键词：	自主海洋航行器;协同路径跟踪;不确定性;神经网络;自适应动态面控制;输入饱和
摘要：	近年来，随着海洋科学技术的发展，自主海洋航行器的工作方式已经由原来的单一作业方式发展为协同编队作业方式。多个自主海洋航行器协同合作可以完成单一个体无法完成的任务。因此，研究多个自主海洋航行器的协同路径跟踪控制问题具有重要的实际意义。本文以全驱动自主海洋航行器和欠驱动自主海洋航行器作为研究对象，结合非线性系统理论、图论、动态面设计技术、神经网络自适应技术、状态反馈和输出反馈等理论工具。考虑系统中存在的不确定性、控制器结构复杂性、状态变量不可测、系统外部存在扰动和控制信号输入饱和问题等。主要的研究工作包括以下几个方面: 　　第一，针对含有不确定性和环境扰动的自主海洋航行器的协同路径跟踪控制问题，结合动态面控制技术分别对全驱动自主海洋航行器和欠驱动自主海洋航行器进行协同路径跟踪控制器设计，利用神经网络对系统中存在的不确定性及环境扰动部分进行在线逼近，提出了一种基于自适应动态面方法的协同路径跟踪控制策略。 Lyapunov稳定性分析证明了闭环系统是半全局一致最终有界的。仿真结果表明了所给出控制算法的有效性。　　第二，考虑实际中自主海洋航行器由于技术或复杂环境干扰等原因致使的航速不容易精确测量的问题，采用输出反馈方法，通过利用自主海洋航行器的位置测量值获得反馈控制器所需要的速度估计值，进而进行控制器设计。同时结合动态面控制技术，并利用神经网络对系统中存在的不确定性部分进行在线逼近，研究了基于观测器的自适应动态面的协同路径跟踪控制器设计问题。通过Lyapunov稳定性分析证明了协同路径跟踪误差可以收敛到原点附近很小的邻域内，仿真结果表明了所给出控制算法的有效性。　　第三，针对欠驱动自主海洋航行器，考虑了系统外部存在扰动的问题，设计了一种滤波神经网络自适应律。这种自适应方法具有低频学习的能力，能够过滤掉扰动中的高频分量并对扰动中的低频部分进行很好的学习，使得采用常规自适应方法对系统不确定性部分进行补偿而可能使控制信号产生高频振荡的问题得到解决，有利于工程实现。Lyapunov稳定性分析证明了闭环系统是半全局一致最终有界的。仿真结果表明了所给出控制算法的有效性。　　第四，考虑了自主海洋航行器的控制信号输入饱和问题。分别针对全驱动和欠驱动自主海洋航行器，采用辅助系统进行控制器设计，研究了一种含抗饱和控制结构的协同路径跟踪控制算法，使得控制信号即使在输入饱和的情况下也能够实现很好的控制效果。同时，引入了一种分布式速度估计策略，去掉了期望速度全局已知的假设条件，大大地减少了信息通讯量。Lyapunov稳定性分析证明了闭环系统是半全局一致最终有界的。仿真结果表明了所给出控制算法的有效性。
作者：	王昊
专业：	控制理论与控制工程
导师：	王丹
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文