UUV對(duì)低速機(jī)動(dòng)目標(biāo)空間軌跡跟蹤控制研究.pdf

1、實(shí)現(xiàn)對(duì)水下低速機(jī)動(dòng)目標(biāo)空間軌跡的精確跟蹤，在UUV需要完成的諸多水下作業(yè)中都扮演著舉足輕重的作用。UUV通過自身所攜帶傳感器獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)需要進(jìn)行去除噪聲和平滑擬合等處理，從而為目標(biāo)軌跡跟蹤控制器提供較為精確的輸入；設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)UUV對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行精確跟蹤，并對(duì)UUV系統(tǒng)模型參數(shù)的不確定性及外界擾動(dòng)具有很強(qiáng)魯棒性的控制器，對(duì)于UUV在復(fù)雜多變的外界情況下完成各種具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)具有關(guān)鍵意義。為此，本文針對(duì)UUV在水下低速機(jī)動(dòng)目標(biāo)空間

2、軌跡跟蹤控制方面存在的若干關(guān)鍵問題開展了如下研究：
　　首先，通過分析仿真對(duì)象的運(yùn)動(dòng)特性，并結(jié)合水下機(jī)器人的相關(guān)知識(shí)，建立了UUV的空間運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型。深入分析了水下低速機(jī)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，建立了若干種能準(zhǔn)確描述其典型運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型。
　　其次，考慮到由于傳感器制作工藝而導(dǎo)致的系統(tǒng)誤差以及UUV內(nèi)外部環(huán)境中存在的各種擾動(dòng)，使得UUV通過傳感器獲取關(guān)于跟蹤目標(biāo)以及自身的測(cè)量數(shù)據(jù)（包括位置、姿態(tài)、速度等信息）時(shí)總是包含很大的

3、噪聲信號(hào)，首先采用小波閾值去噪法對(duì)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行第一次預(yù)處理，濾除與真實(shí)信號(hào)頻率區(qū)別較為明顯的噪聲；然后采用粒子濾波對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行再處理，進(jìn)一步去除與真實(shí)信號(hào)頻率較為接近的噪聲。針對(duì)上述數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，分別設(shè)計(jì)了仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證其可行性。
　　再次，考慮到目標(biāo)軌跡跟蹤過程中存在的系統(tǒng)模型參數(shù)不確定、外界環(huán)境中存在的海流干擾以及位置和姿態(tài)控制中出現(xiàn)的超調(diào)量過大等情況，設(shè)計(jì)了同時(shí)含有內(nèi)控制環(huán)和外控制環(huán)的雙閉環(huán)非奇異Terminal

4、滑模（NTSM）軌跡跟蹤控制器。該控制器在外環(huán)中根據(jù)UUV和水下低速機(jī)動(dòng)目標(biāo)的位置和姿態(tài)跟蹤誤差設(shè)計(jì)出參考速度，作為外環(huán)的虛擬控制律；同時(shí)在內(nèi)環(huán)中設(shè)計(jì)非奇異Terminal滑模控制器，作為內(nèi)環(huán)的控制器，并將外環(huán)中產(chǎn)生的參考速度作為虛擬的跟蹤目標(biāo)。最后根據(jù) Lyapunov理論以及相關(guān)定理，對(duì)該控制器的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。
　　最后，將UUV通過傳感器測(cè)得的跟蹤目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)預(yù)處理方法和目標(biāo)軌跡跟蹤控制器進(jìn)行結(jié)合，基于Matl