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原文传递矢量推进水下航行器建模与控制

论文题名：	矢量推进水下航行器建模与控制
关键词：	矢量推进;水下航行器;矢量推进器;自适应滑模控制;反演控制;模型参考;自适应控制;推进系统
摘要：	自主水下航行器(AUV)广泛应用于海洋救助与打捞、深海资源调查、海洋石油开采、水下工程施工、军事和国防建设等诸多方面，己经产生了巨大的经济效益和社会效益，具有潜在的应用前景。目前以舵作为控制输入的传统水下航行器，只能够工作在航速较高的巡航状态，当航速较低时，舵的控制效率很低，航速为零时，舵即失去控制作用。矢量推进水下航行器不具备舵，它的推进系统采用的是矢量推进器，能产生一个3自由度的矢量推力。因此，对矢量推进水下航行器的控制并不强烈依赖于航行速度，这使得矢量推进水下航行器在低速的情况下也具有很好的可控性，更便于实现精确的水下定位。本文主要的工作有以下几个方面：一、在牛顿运动方程和流体力学基础上建立矢量推进水下航行器的六自由度运动学和动力学模型，并根据工程实践对理论模型进行了化简。二、针对矢量推进水下航行器非线性强、模型参数获取困难的问题，提出了非线性自适应滑模控制，从理论上证明了它的全局渐近稳定性。其特点是在滑模控制的基础上引入自适应机制，在线估计不确定参数，从而消除参数不确定性对系统性能的影响，在保证鲁棒性的基础上减小了滑模控制附加项的幅值。考虑到可能出现的参数漂移，提出了自适应律的两点改进。三、在矢量推进水下航行器的纵向和轴向模型的基础上，以矢量推力T为控制输入，采用自适应滑模控制方法，实现了矢量推进水下航行器的深度控制和轴向速度/位置控制，并给出了仿真结果。四、提出了基于反演方法的模型参考自适应控制。其特点先通过反演控制方法设计出控制律，再引入自适应机制，通过参考模型来体现控制系统之要求，使实际系统跟踪参考系统，而参考系统跟踪期望信号，最终使系统跟踪了期望信号，解决了模型中参数的不确定性造成的影响。在矢量推进水下航行器的水平面模型的基础上，考虑洋流干扰作用，以矢量推力T为控制输入，采用基于反演方法的参考模型自适应控制，实现了矢量推进水下航行器的弹道轨迹跟踪控制，并给出了仿真结果。
作者：	黄毅
专业：	控制理论与控制工程
导师：	严卫生
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西北工业大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文