噴水推進水面無人艇的非線性控制方法研究.pdf

1、噴水推進水面無人艇作為新型作戰(zhàn)平臺，可搭載傳感器、通訊裝置和作戰(zhàn)載荷，具有隱身性好、操縱靈活、自動駕駛等特點，適合在各種惡劣環(huán)境下，執(zhí)行快速信息偵查、潛伏和作戰(zhàn)等任務(wù)。噴水推進水面無人艇系統(tǒng)的建立，將在可能的未來海戰(zhàn)中為大部隊掃清海上障礙、建立快速海上通道等方面發(fā)揮積極作用。
　　 本論文以某科研項目和國家自然科學(xué)基金(No：50909026)為背景，結(jié)合噴水推進無人艇執(zhí)行任務(wù)中的離港、接近任務(wù)區(qū)域以及跟蹤目標(biāo)等實際工作的需要，

2、具體研究噴水推進無人艇的航向控制、動態(tài)定位以及軌跡跟蹤控制等幾方面問題。
　　 利用MMG分離原理建立了噴水推進無人艇的操縱運動方程，并對噴水推進無人艇的流體水動力特性進行分析，給出水動力特性的計算公式。建立無人艇系統(tǒng)中alamarin_jet230型噴水推進器的數(shù)學(xué)模型，并與實驗數(shù)據(jù)對比驗證了建立的噴水推進器模型的合理性。最終獲得噴水推進無人艇的水面三自由度運動的動力學(xué)模型。
　　 研究了噴水推進無人艇的航向控制問題。

3、航向控制系統(tǒng)模型存在未知上界擾動，其中包括無人艇噴口轉(zhuǎn)動過程中的噴水速度和縱向速度的損失，以及在執(zhí)行任務(wù)過程中海況的變化。為此，提出了基于模糊自調(diào)整的魯棒自適應(yīng)滑模航向控制方法。在擾動上界未知的情況下，該方法可以利用模糊規(guī)則，調(diào)整魯棒自適應(yīng)控制律的參數(shù)，實現(xiàn)無人艇航向控制。進一步，該方法可等效為一類單輸入的模糊自調(diào)整的PID調(diào)節(jié)器，更易于工程實現(xiàn)。
　　 針對欠驅(qū)動噴水推進無人艇的動態(tài)定位控制問題，通過對系統(tǒng)進行全局微分同胚變換

4、和反饋變換，在給定的假設(shè)條件下對變換后的兩個子系統(tǒng)，設(shè)計穩(wěn)定分段反饋控制律，從而以一種不連續(xù)的控制方法實現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)在有限時間內(nèi)鎮(zhèn)定到原點。為克服不連續(xù)反饋控制律中普遍存在需要持續(xù)角速度激勵問題，提出一種新的周期時變狀態(tài)變換，設(shè)計欠驅(qū)動噴水推進艇的全局時變漸近鎮(zhèn)定控制律。所提出的方法可解決時變欠驅(qū)動船舶鎮(zhèn)定控制中全局Lyapunov函數(shù)構(gòu)造困難的問題。
　　 針對欠驅(qū)動噴水推進無人艇的軌跡跟蹤問題，通過全局微分同胚和反饋變換，采