小型自主水下航行器運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、小型自主水下航行器(UUV:Unmanned Underwater Vehicle or AUV:Autonomous Underwater Vehicle)，具有高度的自主性、精確的跟蹤和控制能力，可通過遙控或自主導(dǎo)航控制的方式在水下運(yùn)動(dòng)完成水下任務(wù)。本文針對(duì)小型水下航行器的多自由度強(qiáng)耦合、非線性系統(tǒng)，考慮外界復(fù)雜水流干擾及自身建模誤差等不確定性因素的影響，針對(duì)AUV的二維平面運(yùn)動(dòng)，采用動(dòng)態(tài)滑模控制以及基于非線性干擾觀測器(NDO:N

2、onlinear Disturbance Observer)的方法，設(shè)計(jì)了航向跟蹤控制器；采用自適應(yīng)滑?？刂破髟O(shè)計(jì)軸向控制器，建立軸向跟蹤控制算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)航向和軸向的快速、精確的跟蹤響應(yīng)控制，仿真驗(yàn)證了水下航行器平面運(yùn)動(dòng)控制與所設(shè)計(jì)算法的有效性和準(zhǔn)確性。
　　本文研究工作如下:
　　第一部分：模型建立。建立了AUV的空間運(yùn)動(dòng)體坐標(biāo)系，根據(jù)地面慣性坐標(biāo)系和體坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系建立了水下航行器空間六自由度數(shù)學(xué)模型；針對(duì)數(shù)學(xué)模

3、型中存在的未建模動(dòng)態(tài)和外界環(huán)境干擾等因素等效的系統(tǒng)總干擾項(xiàng)，將AUV數(shù)學(xué)模型按照運(yùn)動(dòng)平面解耦方法簡化為航向角運(yùn)動(dòng)模型和軸向運(yùn)動(dòng)模型。
　　第二部分：航向控制器設(shè)計(jì)?？紤]到AUV航向運(yùn)動(dòng)控制的復(fù)雜性以及外界不同程度的水流干擾，設(shè)計(jì)可根據(jù)不同干擾自動(dòng)選取不同控制方法的智能航向控制器，仿真驗(yàn)證了該控制策略的有效性和智能性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)參考航向的快速、精確跟蹤。
　　第三部分：軸向控制器設(shè)計(jì)。針對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)控制的特殊性，選取了自適應(yīng)反演滑