UUV非線性觀測(cè)器及輸出反饋控制方法研究.pdf

1、近年來(lái)，海洋資源開發(fā)和海洋環(huán)境保護(hù)等海洋探索方面的迫切需求，極大促進(jìn)了水下航行器技術(shù)的發(fā)展。有纜水下航行器（ROV）工作時(shí)需要母船和經(jīng)驗(yàn)豐富的操縱人員，并且費(fèi)用極其高昂，而水下無(wú)人航行器（UUV）可以在一定范圍內(nèi)脫離母船進(jìn)行獨(dú)立工作，價(jià)格相對(duì)低廉，因此UUV技術(shù)一直是水下航行器研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。充分理解UUV動(dòng)力學(xué)特征并設(shè)計(jì)合理的控制方法，對(duì) UUV自主完成水下任務(wù)十分重要。由于海洋環(huán)境十分復(fù)雜，UUV自身模型非線性程度高等問題，UUV

2、的運(yùn)動(dòng)控制一直是該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本文針對(duì)UUV運(yùn)動(dòng)中的海流等環(huán)境擾動(dòng)所引起的控制精度降低等問題，首先對(duì)研究對(duì)象的進(jìn)行建模，之后設(shè)計(jì)非線性觀測(cè)器和輸出反饋控制器，并分別對(duì)上述方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　首先，通過(guò)對(duì)UUV剛體力和力矩、流體力和力矩的分析，建立UUV系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，然后，對(duì)環(huán)境作用力和海流作用力建模，給出完整的 UUV系統(tǒng)模型，作為后續(xù)章節(jié)觀測(cè)器設(shè)計(jì)和控制器設(shè)計(jì)的模型基礎(chǔ)。
　　然后，設(shè)計(jì)基于模型的非線性

3、觀測(cè)器。由于UUV體積小，搭載能力十分有限，其獲取的自身位姿信息可能不完全；同時(shí)水下環(huán)境復(fù)雜多變，存在很多不確定干擾，這都使得 UUV的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)難以測(cè)得，對(duì) UUV的實(shí)時(shí)控制造成很大難度。本文通過(guò)李亞普諾夫穩(wěn)定性定理和對(duì)觀測(cè)器增益矩陣遺傳優(yōu)化的結(jié)合，設(shè)計(jì)非線性觀測(cè)器。此觀測(cè)器可從 UUV的測(cè)量信息中有效估計(jì)出 UUV的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及海流速度，并為本文輸出反饋控制器的設(shè)計(jì)提供狀態(tài)估計(jì)值。最后通過(guò)仿真驗(yàn)證觀測(cè)器的性能。
　　其次，針對(duì)

4、UUV的軌跡跟蹤問題，在所建立 UUV系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型基礎(chǔ)上，基于等速趨近律設(shè)計(jì)滑?？刂破?，其中UUV的狀態(tài)信息由前面所設(shè)計(jì)的非線性觀測(cè)器提供。并通過(guò)李亞普諾夫穩(wěn)定性定理證明系統(tǒng)是漸進(jìn)穩(wěn)定的。通過(guò)仿真分析可以看到，在模型精確的條件下，控制效果較好。模型參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，魯棒性較弱。后續(xù)將針對(duì)此問題做進(jìn)一步的研究。
　　最后，在前面所設(shè)計(jì)的滑?？刂破鞯幕A(chǔ)上。根據(jù)最小二乘支持向量機(jī)可任意逼近任何非線性函數(shù)，有效避免神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中局部最優(yōu)問