基于自適應滑模的欠驅(qū)動UUV路徑跟蹤控制研究.pdf

1、無人水下航行器(UUV)的路徑跟蹤控制，是實現(xiàn)UUV多種軍、民用途的重要技術(shù)基礎(chǔ)。深入研究 UUV路徑跟蹤中存在的問題，對于UUV控制理論和工程應用都具有重要的意義。本文基于自適應滑?？刂品椒ǎ槍η夫?qū)動UUV路徑跟蹤控制中的非完整約束、模型中的非線性和耦合性、參數(shù)不確定性、海流干擾、控制輸入飽和、滑模抖振、跟蹤精度等問題進行了深入的研究，力求使得控制系統(tǒng)在約束條件下取得更好的跟蹤效果。
　　本文首先給出了欠驅(qū)動UUV六自由度數(shù)學

2、模型的推導過程，分析了該模型中非完整約束、非線性與耦合性、海流干擾和參數(shù)不確定性分別對控制器設(shè)計的影響。通過對該六自由度數(shù)學模型的化簡，得到了帶有海流干擾的水平面和垂直面數(shù)學模型。其次，采用一種基于解耦方法的控制策略，利用Serret-Frenet坐標系建立誤差方程，將期望路徑的切向速度作為虛擬控制輸入，形成形式上的全驅(qū)動，進而將整個跟蹤系統(tǒng)劃分為航速跟蹤控制子系統(tǒng)、位置跟蹤控制子系統(tǒng)和姿態(tài)角跟蹤控制子系統(tǒng)?；趲в泻Ａ鞲蓴_的動力學模型

3、為各個子系統(tǒng)設(shè)計滑?？刂坡桑瑥亩ㄟ^帶有相同海流干擾的控制律來抵消模型中海流的影響。對于水平面路徑跟蹤控制，基于 Lyapunov穩(wěn)定性理論以及控制輸入和輸出，為邊界層厚度和切換增益設(shè)計了自適應律，相比于經(jīng)典滑?？刂?，取得了更高的跟蹤精度和更小的抖振。對于垂直面路徑跟蹤控制，引入了一種可以有效削弱抖振的滑模趨近律，分析了該趨近律的有限時間可達性和干擾下的穩(wěn)態(tài)界；針對垂直面航速跟蹤控制子系統(tǒng)設(shè)計了一種基于經(jīng)驗的邊界層厚度T-S模糊自適應律

4、；針對垂直面路徑跟蹤控制中滑模趨近過程魯棒性差的缺點，提出了一種基于Lyapunov穩(wěn)定性理論的無參數(shù)滑模控制律，使得滑?？刂仆耆珨[脫了對不確定參數(shù)的依賴，消除了不確定參數(shù)對控制效果的影響。針對控制輸入量飽和的問題，將一種自適應飽和補償?shù)姆椒ㄒ胪七M器和舵機，實現(xiàn)了控制輸入限制條件下的欠驅(qū)動UUV路徑跟蹤控制。最后，基于MATLAB對本文中所提出的自適應滑?？刂品椒ㄟM行了數(shù)值仿真，分析了欠驅(qū)動UUV在不同海流干擾下和不同參數(shù)不確定性下的