UUV馱載式布放回收過程中空間相對運(yùn)動軌跡規(guī)劃與控制研究.pdf

1、近十年來自治水下機(jī)器人(Unmanned Underwater Vehicle)技術(shù)得到了很大發(fā)展。UUV在海洋資源探索和軍事方面都有重要的應(yīng)用前景。水下機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)完全自治,必須具有水下自主回收能力。水下自主回收技術(shù)具有重要意義,可以擴(kuò)展UUV執(zhí)行任務(wù)的范圍,延長UUV執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間,增加UUV的隱秘性。目前UUV自主回收主要針對兩種回收平臺,一種是水下靜止平臺,另一種是水下移動平臺。水下移動回收平臺具有靈活部署,安全隱秘等優(yōu)點(diǎn)。

2、r>　　本論文針對馱載式水下移動回收平臺,進(jìn)行UUV自主回收軌跡規(guī)劃與控制的研究。首先,根據(jù)馱載式水下移動回收平臺的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了回收策略和禁航區(qū)模型。在UUV回收過程中,這些禁航區(qū)都是禁止UUV進(jìn)入的。這里可以當(dāng)作移動的障礙物。禁航區(qū)附著在回收平臺的運(yùn)動坐標(biāo)系上,與回收平臺的移動速率一致。
　　在UUV運(yùn)動控制方面,針對UUV運(yùn)動學(xué)模型的非線性和海流干擾等因素,設(shè)計(jì)了具有高魯棒性的狀態(tài)反饋滑?？刂破鳌顟B(tài)反饋控制可以通過建立系統(tǒng)H

3、urwitz矩陣來降低可控狀態(tài)響應(yīng)的指數(shù)衰減。同時(shí),利用Hurwitz矩陣的狀態(tài)向量建立一個(gè)切換流形來消除滑模面上的抖振。另外,狀態(tài)反饋控制在優(yōu)化UUV運(yùn)動性能指標(biāo)的同時(shí)滑模控制可以處理UUV運(yùn)動的非線性和海流干擾問題。總之狀態(tài)反饋滑?？刂撇粌H解決了傳統(tǒng)滑?？刂贫墩竦膯栴},還綜合了兩種控制方法的優(yōu)點(diǎn)。通過仿真驗(yàn)證該控制器對UUV運(yùn)動具有較高的控制精度。
　　論文采用了兩種人工勢場法,對UUV進(jìn)行回收軌跡規(guī)劃。第一種是動態(tài)局部勢場法

4、,是針對UUV和水下移動回收平臺相對運(yùn)動的特點(diǎn),改進(jìn)的局部勢場法。這種方法,一定程度上避免了局部勢場法在動態(tài)環(huán)境中容易出現(xiàn)局部極小值的問題。通過matlab編程進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),仿真結(jié)果表明了動態(tài)局部勢場法簡單易實(shí)現(xiàn),能夠?yàn)閁UV規(guī)劃出符合各種約束條件的回收軌跡。第二種方法是導(dǎo)航函數(shù)法,這種方法不存在局部極小值問題。導(dǎo)航函數(shù)需要配置空間的信息,雖然解決了局部最小值問題,但是比傳統(tǒng)的局部人工勢場法在數(shù)學(xué)實(shí)現(xiàn)上復(fù)雜的多。導(dǎo)航函數(shù)一旦建立,勢場