水面無人船軌跡跟蹤控制方法研究.pdf

1、水面無人船是一個擁有機(jī)器人技術(shù)的小艇或者艦船,它可以對環(huán)境改變作出反應(yīng),并且在最少的人力干涉下完成任務(wù)。水面無人船可以廣泛應(yīng)用于智能監(jiān)視偵查任務(wù),對測量、科研、搜尋和營救方面的工作是非常有幫助的,也可以用來進(jìn)行商業(yè)捕魚。和其他一些民用的高級系統(tǒng)相似,水面無人船技術(shù)最初也是開始于軍事方面的應(yīng)用,由于水面無人船所具有的這些特性,其已經(jīng)成為如今各國家研究的熱點。本文主要的研究工作是設(shè)計水面無人船的軌跡跟蹤控制問題的非線性控制律。
　　首

2、先,論文說明了水面無人船在當(dāng)今世界中一些具體的應(yīng)用場所,對國內(nèi)外水面無人船技術(shù)的發(fā)展做了簡要的介紹,并且進(jìn)行了一些舉例說明。同樣也表明了國內(nèi)水面無人船相關(guān)技術(shù)的研究還處于空白階段,這迫切的需要我們展開相關(guān)方面的技術(shù)探索,而軌跡跟蹤控制正是無人船技術(shù)的關(guān)鍵所在。在合理的假設(shè)條件下,建立了欠驅(qū)動船舶水平面三自由度數(shù)學(xué)模型,并通過建立的數(shù)學(xué)模型研究欠驅(qū)動水面船舶的控制特性,進(jìn)行船模仿真實驗等一系列工作,目的是為后續(xù)控制器的設(shè)計做以鋪墊。

3、>　　其次,研究軌跡跟蹤控制方法?？紤]三自由度的水面無人船的數(shù)學(xué)模型,對非線性控制和非完整系統(tǒng)做了回顧,并且介紹了滑模控制方法,設(shè)計了水面無人船軌跡跟蹤滑?？刂破鳌＿@些控制器需要很少的計算量,并且可以應(yīng)用在小規(guī)模的水面無人船系統(tǒng)上。滑模變結(jié)構(gòu)控制可以為其提供魯棒控制律,然而,這些控制器的控制參數(shù)的調(diào)整是非常不直觀的,并且在不同的初始化的條件下,在某個初始條件下的最優(yōu)化的參數(shù)往往表現(xiàn)不佳。
　　再次,一個新的模型預(yù)測控制方法被應(yīng)用到

4、軌跡跟蹤控制。模型預(yù)測控制是基于解決在每個采樣時刻的一個開環(huán)最優(yōu)控制問題,其結(jié)果是,無論在任何的約束或者干擾的初始條件下,均可以實現(xiàn)開環(huán)的最優(yōu)性能。然而,這個控制器需要大量的計算時間,這令它應(yīng)用在小規(guī)模的并且動態(tài)性能較快的水面無人船上是比較具有挑戰(zhàn)性的。
　　最后,考慮到無人船軌跡跟蹤數(shù)學(xué)模型中所具有的級聯(lián)特性,在軌跡跟蹤控制器的設(shè)計中,引入了級聯(lián)系統(tǒng)理論。結(jié)合滑?？刂婆c模型預(yù)測控制各自的優(yōu)點,設(shè)計了一種多速率的級聯(lián)控制結(jié)構(gòu),它用