近水面回收作業(yè)UUV位姿自適應(yīng)控制方法研究.pdf

1、無人水下航行器（Unmanned Underwater Vehicle，UUV）是一種有效勘測(cè)海洋未知領(lǐng)域的新型裝備。UUV在海上作業(yè)完成任務(wù)之后，通常需要回收至其工作母船，但由于海況具有不可預(yù)測(cè)性，UUV可能無法在工作區(qū)域正?；厥罩凉ぷ髂复?，而令UUV伴隨母船自主航行一段時(shí)間，到達(dá)海況允許區(qū)域再進(jìn)行回收工作是解決此問題的方法之一。欠驅(qū)動(dòng) UUV的運(yùn)動(dòng)控制是完成其自主回收的重要技術(shù)保障，針對(duì)欠驅(qū)動(dòng) UUV回收過程中的運(yùn)動(dòng)控制研究具有重要

2、的理論價(jià)值和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　本課題以欠驅(qū)動(dòng)UUV近水面回收為背景，開展了混合粒子群算法軌跡規(guī)劃后基于PID和滑模自適應(yīng)控制方法研究。本文的主要工作如下：
　　首先，針對(duì)UUV近水面回收的實(shí)際作業(yè)環(huán)境和任務(wù)要求，通過分析回收方法，將運(yùn)動(dòng)母船水面自主回收 UUV的過程分為兩個(gè)典型的階段：集合階段（Rendezvous）和跟隨階段（Homing）。針對(duì)UUV自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和實(shí)際作業(yè)海況要求，建立UUV六自由度空間運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)

3、模型和UUV在海洋中受到的海風(fēng)、海浪和海流等環(huán)境干擾力模型；為解決對(duì)UUV回收的精準(zhǔn)控制，本文分析UUV所受的附加質(zhì)量、水動(dòng)力（矩）和恢復(fù)力（矩）及其推力模型及推力分配，并研究近水面環(huán)境下UUV動(dòng)力學(xué)模型的特性。
　　其次，針對(duì)粒子群算法基本原理容易導(dǎo)致后期進(jìn)化速度變慢并易陷入局部極值點(diǎn)的缺陷，將模擬退火思想應(yīng)用到粒子群算法中，提高粒子跳出局部極值的能力并在降溫過程中加快了算法后期的進(jìn)化速度。然后根據(jù)回收時(shí)UUV末端路徑導(dǎo)引的實(shí)際

4、需求，采用基于模擬退火粒子群算法來實(shí)現(xiàn)避障、路徑最優(yōu)和獲得最佳艏向角的軌跡。針對(duì)問題的求解過程在線執(zhí)行的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)UUV的在線重規(guī)劃能力，以提高其自主性和智能性。
　　接下來，針對(duì)UUV的近水面軌跡跟蹤控制問題的特點(diǎn)，規(guī)劃模擬退火粒子群優(yōu)化算法軌跡，使 UUV實(shí)現(xiàn)沿軌跡航行到集合點(diǎn)。在跟蹤過程中，考慮 UUV必須同時(shí)跟蹤軌跡的位置狀態(tài)和速度狀態(tài)的時(shí)間和姿態(tài)約束，建立了UUV跟蹤過程中的部分線性化運(yùn)動(dòng)學(xué)誤差和動(dòng)力學(xué)誤差模型。為減小誤