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原文传递 UUV姿态控制技术研究

论文题名：	UUV姿态控制技术研究
关键词：	无人水下航行器;姿态控制;仿真设计;鲁棒性
摘要：	无人水下航行器（Unmanned Underwater Vehicle，UUV）是一种在民用和军事领域均有广泛应用的重要工具。近年来，UUV相关技术的研究得到各国的普遍重视，现已成为军事技术和海洋技术的热点课题，其中，设计控制品质好，鲁棒性强的姿态控制器是 UUV关键技术之一。UUV运动具有高度非线性特性，当大潜深和高机动航行时，UUV弹道系数会发生较大幅度变化，复杂的海况也给 UUV航行带来不确定干扰，这些原因导致传统控制方法难以满足对高性能控制的要求。本文以某轻型UUV为研究对象，以设计控制品质好，鲁棒性强的姿态控制器为目标，对UUV姿态控制技术作了深入研究。本文主要研究成果如下：　　1.针对传统PID姿态控制中快速性和超调量之间相互矛盾的问题，设计了一种平滑切换自适应模糊PID控制器,在仿真中取得了良好的姿态控制效果。该控制器底层采用改进的PID控制器，上层采用自适应模糊PID控制器，采用切换的策略，充分发挥控制器各部分的作用。针对传统 PID控制器的控制量随误差减小而减小的情况，分别改进底层 PID控制器的比例系数和微分系数，提高系统响应的快速性，同时上层采用自适应模糊PID控制器来抑制因底层PID控制器输出量较大而产生的超调量。针对底层和上层控制器切换过程中可能会出现抖振的情况，设计了一种平滑切换因子，通过调节平滑因子来选择不同的切换特性，减少或者消除切换过程中的抖振，形成了一套较为完整清晰的控制器设计方法。　　2.针对UUV运动的高度非线性特性和UUV航行时因参数变化和外部干扰造成模型不确定的问题，设计了一种无需知道未知模型和外部干扰部分上界的自适应反演控制器，实现了对UUV姿态的高性能控制。通过对UUV运动做零动态分析，得出等效的运动方程，并根据基本的反演控制理论推导出姿态控制律，分析基本反演控制的不足，进一步设计了弥补这些不足的自适应反演控制器，通过对未知模型和外部干扰部分设计自适应律，抵消模型不确定对控制效果的影响。　　本文针对 UUV姿态控制提出了两种控制器设计思路，MATLAB仿真结果表明这两种控制器均具有良好的控制效果。控制器的应用不限于UUV，从整个设计过程来看，思路具有一般性。
作者：	贾霆哲
专业：	模式识别与智能系统
导师：	康戈文
授予学位：	硕士
授予学位单位：	电子科技大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文