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原文传递多无人艇包含控制问题研究

论文题名：	多无人艇包含控制问题研究
关键词：	欠驱动无人艇;包含控制;目标跟踪;外界干扰
摘要：	无人艇运动模型具有非完整性、非线性、时变环境扰动和全/欠驱动等特征。因此，无人艇的运动控制题目被很多人的所关注。以往的无人艇控制研究，大多数是在单个无人艇的控制上。但是，由于科技的不断进步，在事实中，急切的须要使用多无人艇协同来完成更加巨大的使命。包含了对环境的监测、舰队的补给、搜索与救援、对海洋中的资源探测等。在很多的应用中，多无人艇协同控制问题是最重要的课题之一。在无人艇协同控制范围内，各位学者一直在寻找有效的协同无人艇控制方法，实现了对多无人艇协同控制，而且获得了很大的成就，但是目前还是有许多问题没有解决。不停地研究多无人艇协同控制技术，来完成对多无人艇的有效的进行控制，有着非常重要的意义和应用价值。本论文研究了欠驱动无人艇的控制问题，作出了如下研究任务：　　第一，建立了欠驱动无人艇运动的坐标系统。从运动学特性和动力学特性出发，建立了欠驱动无人艇运动的六自由度的数学模型。针对本论文所研究的欠驱动无人艇的任务，将欠驱动无人艇模型进行简化，推导出了在风浪流干扰条件下的欠驱动无人艇三自由度数学模型。　　第二，本章研究了在有无外界环境干扰下的多个动态领航船的欠驱动无人艇的包含控制问题。假设所有跟随船不知道领航船的控制输入，并且只有部分跟随船能够获得部分领航船的位置和速度。在此条件下，本章首先提出了一种基于虚拟领航船的包含控制方法。使用该方法可以将多无人艇的包含控制问题简化为虚拟领航船的包含控制问题和跟随船的目标跟踪问题。然后为虚拟领航船设计了相应的包含控制算法，并基于滑模控制理论为跟随船设计了目标跟踪算法。仿真结果表明了所提出的控制方法的有效性。　　第三，本章研究了欠驱动的多无人艇的包含避碰控制问题。在包含避碰控制理论研究的时候，把欠驱动无人艇模型和双积分器模型相结合，分别给出了一种基于静态领导船和动态领导船的包含避碰控制算法。基于滑模控制理论，分别为静态领导船和动态领导船的跟随船设计了欠驱动无人艇目标跟踪算法。研究了静态领导船的协同控制方法，在复杂情形时，建立了多无人艇系统通讯拓扑结构，提出了一种基于欠驱动无人艇模型碰撞规避约束条件下的包含避碰控制算法，使得跟随者可以接收到各自附近的邻居信息，识别并快速的进入由多个领导船所形成的凸包之内。在运动过程中，无人艇之间一直保持碰撞规避，跟随船的最终运动状态是一直在凸包内保持静止。对于动态领导船的包含避碰控制问题，研究了多个领导船匀速运动的问题。针对动态领导船所形成的移动凸包结构，提出了一种基于欠驱动无人艇模型碰撞规避约束条件下的包含避碰控制算法，驱使所有的跟随船在运动中辨别领导船，并且驶入由多个动态的领导船所组成的凸包之内，最后让跟随船能够跟踪上多个领导船并且在运动的过程中能够防止碰撞。
作者：	刘伟
专业：	控制工程
导师：	李建祯
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏科技大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文