虛擬錨泊浮標(biāo)導(dǎo)航與控制策略研究.pdf

1、虛擬錨泊浮標(biāo)作為一種拋棄傳統(tǒng)系留纜的新型海洋環(huán)境觀測平臺，能夠捕獲多種環(huán)境能量，具有全球遠(yuǎn)海大洋自主錨泊點切換、精準(zhǔn)虛擬錨泊和氣象水文長期原位觀測等功能。然而，在現(xiàn)有文獻中，關(guān)于錨泊點切換和虛擬錨泊的控制算法相對較少。因此，本文提出了一種新型虛擬錨泊浮標(biāo)導(dǎo)航控制策略，包括錨泊點切換控制算法和虛擬錨泊控制算法，并通過仿真分析驗證了該導(dǎo)航控制策略的正確性和有效性。主要研究內(nèi)容如下:
　　首先，研究了虛擬錨泊浮標(biāo)的運動機理，利用Foss

2、en矩陣建立了虛擬錨泊浮標(biāo)縱蕩、橫蕩、垂蕩和艏搖四自由度動力學(xué)模型，并對該虛擬錨泊浮標(biāo)進行了動力學(xué)行為仿真，為虛擬錨泊浮標(biāo)導(dǎo)航控制策略的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　其次，針對虛擬錨泊浮標(biāo)在錨泊點之間位置切換問題，提出了錨泊點切換控制算法。通過高斯大地主題反解視向跟蹤算法得到導(dǎo)航信息，采用改進單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制器實現(xiàn)了虛擬錨泊浮標(biāo)在預(yù)設(shè)錨泊點之間的位置切換。該控制器不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)功能和較強的魯棒性。
　　

3、再次，針對虛擬錨泊浮標(biāo)在海平面上一直處于運動狀態(tài)而難以錨泊的問題，提出了虛擬錨泊控制算法。通過引入虛擬錨泊圓，將虛擬錨泊問題轉(zhuǎn)變?yōu)槁窂礁檰栴}，通過Serret-Frenet坐標(biāo)變換和重新定義輸出變量，將單輸入多輸出的欠驅(qū)動非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)閱屋斎雴屋敵龅姆蔷€性系統(tǒng)，進而構(gòu)建了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊滑?？刂破?，實現(xiàn)了在錨泊點一定范圍內(nèi)的虛擬錨泊。模糊算法對滑模開關(guān)量進行在線調(diào)整，削弱了滑模控制器的“抖振”，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對模型不確定項進行逼近