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海流干扰下欠驱动AUV航迹跟踪控制研究
| 论文题名： | 海流干扰下欠驱动AUV航迹跟踪控制研究 |
| 关键词： | 水下机器人;欠驱动控制系统;航迹跟踪;海流干扰 |
| 摘要： | 随着科技、经济和军事领域的不断发展，人类对水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle，AUV)的性能要求也越来越高。欠驱动AUV作为一种体积小、可控性好、续航能力长和搭载能力强的水下载体，其航迹跟踪控制能力是完成水下资源勘探、环境监测和海域侦查等任务的重要技术保障。因此，欠驱动AUV航迹跟踪控制研究是一个具有代表性的前沿课题。论文旨在研究海流干扰下欠驱动AUV路径跟踪控制和轨迹跟踪控制，并设计出性能优良的鲁棒控制器。 首先，基于AUV系统受力的复杂性以及各个自由度运动的强耦合性，考虑海流干扰的影响，建立了欠驱动AUV运动学和动力学模型，并且对欠驱动控制系统的主要特性和控制难点进行了分析。 其次，针对模型未知和海流干扰下欠驱动AUV三维路径跟踪控制问题，基于Serret-Frenet坐标系，利用虚拟向导的方法建立欠驱动AUV三维误差模型，结合非线性反步法和阻尼技术设计了三维路径跟踪鲁棒控制器，并基于Lyapunov稳定性理论证明了控制器的有效性和稳定性。 再次，考虑未知海流干扰的影响，基于运动学模型设计海流观测器，通过调整设计参数使观测器误差指数收敛，实现了对未知海流的观测与估计，并结合滑模控制对系统未建模动态和外界干扰具有不变性，设计鲁棒控制器，并进行稳定性分析，实现了海流干扰下欠驱动AUV三维路径跟踪控制。 最后，针对欠驱动AUV三维轨迹跟踪控制问题，对参考轨迹进行规划，将参考轨迹的信息转换成虚拟目标的速度和位姿信息，从而保证了欠驱动AUV轨迹跟踪目标的合理性;另外，通过定义虚拟AUV速度误差变量，简化了控制器的设计过程，有效避免了高阶导数的复杂形式和控制器求解过程中的奇异值问题，并且开展了欠驱动AUV三维直线和曲线轨迹跟踪控制仿真实验。 |
| 作者： | 曲星儒 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 梁霄 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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