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原文传递多UUV编队路径跟踪控制研究

论文题名：	多UUV编队路径跟踪控制研究
关键词：	无人水下航行器;路径跟踪控制;路径参考点;反步法;编队策略
摘要：	多无人水下航行器(unmanned underwater vehicle，以下简称UUV)编队路径跟踪控制是多UUV控制的重要研究课题之一。随着UUV技术的发展，多UUV编队控制技术已经越来越受到重视，而多UUV编队路径跟踪控制的研究，不但促进了UUV控制技术的发展，而且对实际中水下管道检测、地形测绘等海洋工程的应用提供了技术保障。因而多UUV编队路径跟踪控制的研究具有重要的理论研究意义和实际应用价值。　　本文通过对多UUV编队路径跟踪控制问题的分析，将其分为UUV路径跟踪控制问题和编队协同控制问题来考虑，应用非线性方法设计UUV路径跟踪控制器，并基于路径参考点设计编队策略，实现编队协同控制。本文主要研究内容如下：　　首先，在固定坐标系和运动坐标系下建立UUV六自由度的运动学模型和动力学模型，在保证UUV主要运动特性下，将其简化为水平面的运动学模型和动力学模型，建立了有海流干扰情况下的UUV运动学模型和动力学模型。并通过水平面直线和定常回转运动对UUV水平面运动模型进行了仿真验证。　　其次，针对路径跟踪问题，设定已知期望路径并引入路径参考点，在Serret-Frenet坐标系下，建立UUV的路径跟踪误差模型，利用反步法和李雅普诺夫函数相结合的方法设计出UUV路径跟踪控制律，同时进行了系统稳定性证明，并考虑到有海流干扰的情况下的UUV路径跟踪控制律的设计。　　再次，通过对已有编队方法的总结，设计出基于路径参考点的虚拟结构和领航者.跟随者相结合的编队控制方法。根据UUV路径跟踪最终收敛到路径参考点，利用领航者UUV和跟随者UUV的路径参考点的广义差距最终为0的思想，建立编队策略。并在单UUV路径跟踪控制的基础上，设计出多UUV编队路径跟踪控制律，完成最终的多UUV编队路径跟踪控制器设计。　　最后，为了验证多UUV编队路径跟踪控制器的有效性。分别对单UUV路径跟踪和多UUV编队路径跟踪进行余弦、直线和圆路径的仿真验证。通过对仿真结果的分析和总结，表明所设计的路径跟踪控制器和多UUV编队路径跟踪控制器的有效性。
作者：	徐国焯
专业：	控制工程
导师：	李娟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文