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深海型AUV大潜深运动控制方法研究
| 论文题名： | 深海型AUV大潜深运动控制方法研究 |
| 关键词： | 自主水下航行器;剩余浮力辨识;浮力均衡系统;运动控制 |
| 摘要： | 自主水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle，简称AUV）是一种综合了人工智能和其他先进计算技术的无人水下平台。因深海区域占海洋面积的89%，同时海底蕴含着巨大的资源，这使得深海型 AUV应运而生。深海型 AUV大潜深的运动控制是实现人类对深海区域进行探索的重要技术基础。深入研究深海型AUV大深度下潜存在的问题，对于深海型AUV控制理论与工程实践应用都有重要意义。本文以提高深海型AUV操纵性和控制精度，同时节约其定深航行能耗为研究目的，重点研究深海型AUV大深度下潜问题以及其下潜过程中海水温度、盐度、压强的改变导致的剩余浮力变化对AUV定深航行精度产生的影响。本文对在剩余浮力的干扰下深海型AUV大深度下潜运动控制方法和剩余浮力辨识算法、浮力均衡系统在深海型AUV定深航行中的应用开展相关研究工作，课题主要研究内容如下： 首先，建立固定坐标系和艇体坐标系，结合 AUV的运动特性，建立 AUV的运动学方程；然后对AUV进行受力分析，包括水动力、静力、执行机构，并结合动力学理论知识，给出 AUV空间六自由度运动方程；同时分析深海型 AUV大深度下潜过程中海水温度、盐度和压强对AUV的浮力产生的影响，建立深海AUV浮力干扰模型。 其次，针对深海型AUV大深度下潜运动过程中的非线性控制和浮力干扰运动控制问题，提出了一种反步法轨迹跟踪控制方法。该方法采用定义虚拟速度误差变量的反步控制器设计法，确保深海型AUV在剩余浮力的干扰下，且在规定的时间内安全下潜到指定的区域，同时解决了传统反步法中存在得奇异值问题。在MATLAB环境下，通过仿真验证了该控制策略的控制效果。 再次，针对深海型AUV下潜到指定深度时产生的剩余浮力问题，提出了一种基于无迹卡尔曼滤波的AUV剩余浮力辨识算法。该方法可避免非线性模型的线性化，保留模型中的高阶项，使之可以利用更加精确的非线性模型进行浮力辨识，从而提高辨识结果的精确度，为高精度的浮力均衡调节做好前提准备。在MATLAB环境下对该辨识算法进行了有效性验证。 最后，设计了一种适用于深海型AUV在深海环境下进行浮力调节的单向式浮力均衡系统，提出了一种基于剩余浮力辨识的AUV浮力均衡调节方法，通过高精度的剩余浮力辨识算法辨识出AUV定深航行的剩余浮力，然后再通过浮力均衡系统一次性均衡掉剩余浮力，消除剩余浮力对深海型AUV定深航行的影响，提高其操纵性和控制精度，同时节约能耗，在MATLAB环境下，验证了该方法的有效性。 |
| 作者： | 宫利明 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 张宏瀚;李来春 |
| 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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