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无人水面艇的自适应编队控制研究
| 论文题名： | 无人水面艇的自适应编队控制研究 |
| 关键词： | 无人水面艇;跟踪控制;镇定控制;模糊控制;自适应编队控制 |
| 摘要： | 在海洋科学的发展和海洋资源的探索过程中，先进的海洋装备发挥着越来越重要的作用。无人水面艇是一种可以自主在水面航行的智能化作业装备，最早应用于军事领域，具有体积小、速度快、艇种丰富、智能化程度高等优点。考虑到海洋环境的干扰，且大部分无人水面艇不具有侧向和垂向推进器，是一种典型的欠驱动非线性系统，利用非线性控制理论设计控制器对无人水面艇进行控制已经成为一个热点。而随着无人水面艇应用的广泛化和发展战略需要，开始出现多艇编队的协同作业，与单个艇相比，多艇编队控制具有行动效率高、研发成本低、系统包容性强的特点。关于上述控制内容，目前仍有许多问题亟待科研人员的解决。为此，本论文以无人水面艇为研究对象，主要研究内容及创新点如下： 一、将无人水面艇的运动状态由地面坐标系和运载体坐标系来描述，给出两个坐标系之间的转换矩阵。利用水面船舶的六自由度模型，结合一些假设，建立起无人水面艇的水平面三自由度运动数学模型。并介绍了无人水面艇运动的相关控制方法和基本理论。 二、研究了受到建模不确定性影响和输入限制的无人水面艇同步跟踪及镇定控制问题。定义了含有辅助控制量的新型跟踪误差，设计出一种具有统一结构的运动学控制器，以实现对复杂期望轨迹的跟踪，包括时变轨迹和固定点等。然后，针对模型不确定性影响和控制输入饱和限制问题，基于反步法、模糊控制理论和李雅普诺夫控制理论，设计一种饱和动力学控制器，使系统的跟踪误差可以全局收敛至零点附近有界领域内。最后，通过三组对比仿真试验证明了设计的控制方法的有效性和鲁棒性。 三、对多个无人水面艇的领航-跟随编队控制问题进行了研究。考虑到编队运动的期望轨迹复杂多变，设计了一种自适应编队结构，来解决时常会出现的控制输入饱和导致的编队结构失效问题。然后，利用对传统误差状态的转化和基于模糊控制设计了一种统一结构分布式有界自适应控制器，来实现对编队跟踪、镇定或多种轨迹的组合等的运动控制，且可保证未知参数估计全局收敛至真实值附近有界领域内。最后，进行了一些对比仿真试验，证明了所设计的编队控制策略可以实现对多种复杂期望轨迹的有效跟踪。 |
| 作者： | 周竞烨 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 李家旺 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 宁波大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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