原文传递
面向复杂环境和建模不确定性的无人船轨迹跟踪控制
| 论文题名： | 面向复杂环境和建模不确定性的无人船轨迹跟踪控制 |
| 关键词： | 水面无人船;轨迹跟踪;自适应控制;非线性系统;模糊逻辑系统;扰动观测器 |
| 摘要： | 非线性控制系统现阶段在很多领域都得到了广泛的应用，它在机器人、生态系统以及工程系统等控制中非常重要。非线性系统相比于线性系统来说要繁琐很多，在实际应用的过程中，因为缺少有效且统一的数学工具，我们不容易求解系统准确的输出过程。本文以水面无人船（USV）为应用背景，它的数学模型具有建模不确定性以及未知外部环境扰动等复杂性特点，使得控制性能难以得到精确的保证，而目前现有的控制方法又难以顾全各方面因素所存在的影响，因此，要实现精确的轨迹跟踪控制还面临着诸多挑战，这也使得现阶段在USV轨迹跟踪控制方面具有较高的研究价值。 本文主要利用模糊逻辑系统（FLS）、反步法、自适应控制等理论方法，提出了一种新的基于扰动观测器和命令滤波器的自适应模糊控制器的设计，主要工作如下: 1.为了解决非线性系统中控制精度不容易把握的问题，在控制器和扰动观测器中引入了一个新的自适应参数a，其中a具有单调不减的特性，这一特点不仅使得系统的跟踪误差在有限时间内小于规定的控制精度，还使其具有较快的响应速度。而且该控制方法的调节参数相较于其他自适应模糊控制方法并不敏感，方便了实际应用。 2.在文中引入了一个命令滤波器来降低反步设计过程中计算的复杂性，同时它还可以有效地削弱对虚拟控制信号的需求，巧妙地抑制了抖振现象。对于由命令滤波所产生的误差影响，我们引入了补偿信号来对其进行消除。 3.由于时变扰动幅值经常是剧烈变化的。基于这方面的原因，我们设计了一个新的扰动观测器，它可以很好地估计和补偿外部环境扰动的影响。 4.将以上方法运用到USV中，研究了USV的路径跟踪控制精度不容易掌握的问题，用于提高USV的跟踪性能。首先采用模糊逻辑系统和扰动观测器对系统中存在的建模不确定性和外部时变扰动进行估计和补偿，并结合命令滤波反步控制方法降低了计算过程的复杂性，此外还引入了相应的补偿信号，目的是为了移去命令滤波所带来的误差影响。在此基础上，在控制器和扰动观测器中加入了一个新的参数a,通过调节a的大小来调节系统的控制精度，使其在规定的时间内实现有效且快速的跟踪，控制效果优于传统方法。最后通过Lyapunov方法，保证了整个闭环系统在有限时间内是稳定的。仿真结果表明了系统的所有信号都是有界的，且有很好的跟踪性能，验证了本文中自适应模糊控制器的有效性。 |
| 作者： | 董颖慧 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 陈健 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 青岛理工大学 |
| 学位年度： | 2023 |
检索历史
应用推荐
