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基于鲁棒控制的自主水下航行器控制方法研究
| 论文题名： | 基于鲁棒控制的自主水下航行器控制方法研究 |
| 关键词： | 自主水下航行器;鲁棒控制;跟踪性能 |
| 摘要： | 自主水下航行器是一个非线性、耦合性和运动模型水动力不确定的复杂系统，很难获得其精确的数学模型。一个好的控制系统是航行器工作的前提，而鲁棒控制可以提高航行器在复杂环境中运动时的鲁棒性，可基本满足运动控制的性能要求。论文以鱼雷型的自主水下航行器为研究对象，为提高其运动控制的稳定性、精确性和鲁棒性，对H∞鲁棒控制、非线性鲁棒滑模控制和Backstepping法，以及它们在自主水下航行器控制器的设计中的应用进行研究。 根据航行器空间运动和流体力学建立了水下自主航行器的六自由度的运动学和动力学方程。并在特定的工作点巡航条件下对模型进行了线性化处理，分别得到了航行器在水平面运动和垂直面运动的控制设计模型。 针对自主水下航行器的模型不确定性并且满足在水下作业时的控制精度，研究了混合灵敏度鲁棒控制中的加权函数的选取方法和基于线性矩阵不等式(LMI)H∞控制器的设计方法后，设计了基于混合灵敏度和线性矩阵不等式的自主水下航行器的航向、前向速度和深度的鲁棒控制器，并通过仿真分析验证了所设计的控制器对抑制干扰的有效性和控制的精确性。 针对混合灵敏度H∞鲁棒控制鲁棒性的保守性，研究了非线性鲁棒滑模控制的设计方法。为克服滑模控制的抖振现象和保证系统状态在有限时间到达滑模面，研究了边界层技术，即在边界层内采用非线性反馈，该方法具有较强的鲁棒性。利用此方法分别设计了自主水下航行器的航行、纵倾和深度控制器。并对设计结果的有效性进行了仿真验证。 对于航行器的路径跟踪控制，研究了基于终端滑模控制和Backstepping算法相结合的输出反馈控制方法。该控制方法利用Backstepping可以得到控制算法显式解的特点，构造出控制器的结构形式，然后基于观测器设计一个逆动态的终端滑模面，可以使系统的状态跟踪误差可以在有限的时间内到达滑模面，并最终达到系统稳定。通过仿真验证了该方法良好的跟踪性能。 |
| 作者： | 王绍宾 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 张晓宇;王孟军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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