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AUV垂直面运动控制过程中自抗扰方法研究
| 论文题名： | AUV垂直面运动控制过程中自抗扰方法研究 |
| 关键词： | 自主式水下航行器;垂直面运动;自抗扰;深度控制;纵倾控制 |
| 摘要： | 自主式水下航行器(AUV)的智能运动控制技术是AUV实现远程航海的基础所在,AUV在垂直面的运动控制能力是完成多样性使命任务的重要技术保障,对其进行深入研究具有重要的现实意义。 本文以某AUV为研究对象,基于自抗扰方法,对其在垂直面的运动控制问题,尤其是深度控制和纵倾控制问题进行了深入的研究,力求解决海洋环境下AUV垂直面运动的控制扰动问题。 首先,基于研究对象AUV,完善了其垂直面运动的数学模型,并对该模型的操纵性进行了仿真计算。依据该型AUV的空间六自由度模型,考虑推进器、舵机的机动特性以及模型的不确定性、海流、海浪、传输信号干扰等内外扰动,完善了该AUV的垂直面运动模型,并针对该模型进行了AUV垂直面操纵性仿真,得到了一些具有理论价值和实际应用参考价值的机动性性能参数。 其次,基于自抗扰控制理论,设计并实现了AUV垂直面自抗扰控制器,分析了其抗扰性能。针对模型的不确定性、海流、海浪、传输信号干扰等典型内外扰动,分析了自抗扰方法的扰动抑制性能,总结了自抗扰控制器的参数整定规律;针对AUV在垂直面运动过程中大变深、大纵倾角等问题,提出自抗扰深度-纵倾协调控制方法,设计并实现了AUV垂直而的自抗扰深度控制器、纵倾控制器,以及深度-纵倾协调控制器。 最后,在AUV半实物仿真系统下开展了垂直面运动控制仿真试验,进一步验证了所设计的AUV垂直面自抗扰控制器的控制效果及抗扰性能。设计了AUV大深度分段下潜、垂直面锯齿形潜浮、海底定高航行等典型仿真案例,分析了AUV海试过程中近水面及水下航行时受到的海浪、海流等干扰冈素以及航行控制品质,基于海试案例,完成了AUV垂直面运动控制的深度、纵倾等单自由度仿真试验以及深度-纵倾协调控制试验,实现了欠驱动AUV垂直面的航行机动,降低了AUV在垂直面运动过程中由于大变深、大纵倾角等可能产生的危险,验证了AUV垂直面自抗扰控制器的控制效果及抗扰性能。 本文所设计的AUV垂直面自抗扰控制器,能够有效抑制海浪、海流、模型不确定性、传输信号干扰等内外扰动,控制效果满足工程需求,提高了AUV的抗干扰性及鲁棒性。本文的研究成果对于将自抗扰方法应用于实际工程中,改善AUV垂直面运动控制效果,具有重要的参考价值。 |
| 作者： | 陈江 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 施小成 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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