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UUV水下回收自适应协调控制方法研究
| 论文题名： | UUV水下回收自适应协调控制方法研究 |
| 关键词： | 水下无人航行器;水下回收;海流干扰;协调控制;反馈滑模法 |
| 摘要： | 水下无人航行器（Unmanned Underwater Vechicle，UUV）作为一种能够自载能源、自动执行任务的高技术自动化作业装备以其高智能性、强自主性等显著优点，在海洋探测、水下搜救、海底作业等诸多方面得到了广泛的应用。水下回收作为一种UUV的主要回收手段，有着重要的科学研究价值。本文旨在针对复杂海流环境下的UUV水下回收过程，通过制定适用于UUV水下回收离散系统的回收策略并对UUV典型运动进行控制器设计，从而达到解决海流干扰下的UUV背驮式水下回收自适应协调控制问题的研究目的。 首先，本文对UUV水下回收技术、UUV运动控制技术以及协调控制方法的国内外研究现状进行详细介绍。同时，对欠驱动UUV六自由度数学模型以及对接目标母艇的运动学方程进行推导和列写并对UUV模型中非线性与耦合性、海流干扰和不确定参数等可能对控制器设计产生影响的因素进行分析和研究。 其次，经过对 UUV水下回收物理过程的描述，结合混杂系统理论，对 UUV的离散系统和连续过程进行分离处理，将UUV的回收决策系统进划分为―指令层”、“协调层”以及“执行层”的三层结构。并基于此三层结构，利用Petri网机理，提出一套针对UUV自身决策系统所需要协调的多传感器数据融合系统、水下动作执行系统以及异常状态处理系统进离散系统Petri网建模方法，并基于子系统，对回收过程整体离散系统进行Petri网建模，从而设计UUV水下回收协调控制策略。 最后，根据回收协调控制策略，将UUV与母艇之间进行近距离相对运动时主要行为划分为水平面运动靠近母艇动作以及垂直面落座下潜两个动作，从而面向这两部分动作进行控制器设计： 针对UUV在对接平面内向母艇靠近的运动，提出一种利用反馈滑模法的运动控制方法。通过解耦和的方法推导出其平面运动数学模型，利用滑模控制算法对UUV的平面运动进行控制，再将控制器中加入状态反馈环节对原算法进行改进和优化，并利用MATLAB设计仿真实验以检验其控制效果。 针对UUV在垂直面内落座对接动作，提出一种改进蜂群算法的控制方法。通过解耦和的方法获得UUV的垂直面运动模型，结合垂直面的海流干扰问题，提出一种经过预测模型方法的处理之后的人工蜂群优化控制方法。针对与母艇靠近过程中的复杂海流情况，改进原有算法中的控制参数。进而，通过设计下潜过程中无海流干扰、恒定海流干扰以及复杂海流干扰三种环境的仿真实验，验证控效果。 |
| 作者： | 李亮 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 严浙平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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