無人水面船精準航跡跟蹤控制研究
發(fā)布時間：2020-12-05 22:02
無人水面船具有結構緊湊、操縱靈活、機動性強等優(yōu)點,在軍事、民用、海事和科研等領域已有諸多應用。隨著海洋戰(zhàn)略的不斷實施,無人水面船研發(fā)工作正被各國高度重視。航跡跟蹤作為執(zhí)行各種任務的基礎,是無人水面船運動控制的一個重要研究領域,已成為當前研究熱點。若考慮復雜海洋擾動和未建模動態(tài),傳統(tǒng)基于模型的控制方法將不再適用,無人水面船的高精度跟蹤控制頗具挑戰(zhàn)性但更有實際意義。本文基于擾動觀測設計有限時間控制技術來解決上述問題,研究不依賴于無人水面船運動模型的有限時間控制方法,實現(xiàn)高精度航跡跟蹤控制。首先,本文提出無人水面船積分滑模有限時間控制策略。該策略實現(xiàn)無擾動時無人水面船精準航跡跟蹤控制,得到有限時間控制特性,具備更快收斂速度和更高控制精度。閉環(huán)穩(wěn)定性由Lyapunov理論嚴格保證,且跟蹤誤差最終為零。仿真結果進一步驗證了該控制律的有效性。進而,為消除海洋干擾對無人水面船的影響,本文采用擾動觀測技術設計有限時間擾動觀測器,并結合負齊次理論設計有限時間航跡控制策略。最終,不僅外部擾動可被有效補償,實現(xiàn)擾動零逼近誤差,而且航跡和航速根據(jù)誤差均能在有限時間收斂到零。最后通過仿真驗證了所設計控制器的有效...
【文章來源】：大連海事大學遼寧省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：78 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖２．１地球坐標系和船體坐標系下六自由度無人水面船模型??
我們選取?ＩＳＭＦＣ?控制參數(shù)為：ａｔ，?＝０．１５，?／ｃ２?＝０．１５，?ｘ：３?＝ｄｉａｇ（０．２，０．２，??０．２），?＆?＝?ｄｉａｇ（０．１，０．１，０．２），爲＝１?／?３，爲＝１?／?２，?Ｐ?＝?１?／?３。仿真結果如圖?３．１－３．６?所示。??從圖３．１－３．２可以看出，本文所設計的控制律可以實現(xiàn)快速、精確的航跡跟蹤??控制。除了位置跟蹤，該控制律還能實現(xiàn)速度跟蹤，如圖３．３所示。不僅如此，從??圖３．２－３．５中可以看出，相比傳統(tǒng)的漸近穩(wěn)定控制律ＡＳＣ來說，ＩＳＭＦＣ策略有更??高的控制精度的同時也具備更快的收斂速度。??此外，由圖３．４－３．５還可以看出，跟蹤誤差可以在很短時間被鎮(zhèn)定到零，實現(xiàn)??了有限時間的控制效果。值得一提的是，如圖３．６所示，通過選取合適的控制器參??數(shù)，本文所設計的控制器控制輸入較為光滑，沒有高頻抖振。??？?，?一？一二?Ｖ?—??２０?－?￣、－蛛＞、??／／’??１８?－－Ｖ－???Ｄｅｓｉｒｅｄ?＼?？??口?１６?／?——ＡＳＣ?ｒｉ??１０??／???６?８?１０?１２?１４?１６?１８?２０??ｙ／ｍ??圖３．１航跡跟蹤曲線??Ｆｉｇ．?３．１?Ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?ｔｒａｃｋｉｎｇ??－２０－??
圖３．２位置跟蹤曲線??Ｆｉｇ．?３．２?Ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｔｒａｃｋｉｎｇ??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于擾動觀測器的四旋翼飛行器跟蹤控制[J]. 侯順祥,凌睿. 重慶理工大學學報(自然科學). 2017(12)
[2]我國海洋科技創(chuàng)新發(fā)展的回顧與思考[J]. 曲探宙. 海洋開發(fā)與管理. 2017(10)
[3]基于非線性干擾觀測器的無人平臺有限時間鎮(zhèn)定控制[J]. 華玉龍,任華林,孫偉,郭曉林,遲寶山. 北京理工大學學報. 2017(08)
[4]分數(shù)階微分中立型系統(tǒng)的有限時間鎮(zhèn)定性及有界性（英文）[J]. 劉可為,涂振坤. 大學數(shù)學. 2017(04)
[5]工業(yè)機器人的高速高精度控制方法探討[J]. 歐光連. 數(shù)字通信世界. 2017(07)
[6]新型冪次趨近律的無人艇航向的終端滑�？刂品椒╗J]. 張晨,薛文濤. 電光與控制. 2017(08)
[7]模糊自適應PID控制算法在自航模運動控制中的應用[J]. 靳艾. 艦船科學技術. 2017(02)
[8]基于擾動觀測器的傳彈機械手自適應滑�？刂芠J]. 陳龍淼,肖宇強,鄒權. 南京理工大學學報. 2015(05)
[9]模糊自整定PID航向控制算法優(yōu)化及其性能評判[J]. 梅強,李麗娜,陳國權,蔣嬌,馬峰. 合肥工業(yè)大學學報(自然科學版). 2015(08)
[10]船舶航向保持RBF神經(jīng)網(wǎng)絡自適應非線性控制[J]. 劉洋,郭晨. 大連海事大學學報. 2013(04)
博士論文
[1]基于Backstepping的船舶運動非線性自適應魯棒控制[D]. 關巍.大連海事大學 2010
碩士論文
[1]基于滑模自抗擾的無人水面艇路徑跟蹤控制研究[D]. 李鵬.大連海事大學 2017
[2]無人水面艇模糊魯棒自適應航跡跟蹤控制研究[D]. 劉丹.大連海事大學 2016
[3]基于Backstepping的模糊自適應船舶航向控制[D]. 孟凡超.大連海事大學 2014
[4]基于神經(jīng)網(wǎng)絡的船舶航向自適應PID控制研究[D]. 黨祎.哈爾濱工程大學 2012
[5]非線性系統(tǒng)的神經(jīng)模糊建模研究[D]. 張航.大慶石油學院 2004
本文編號：2900166
【文章來源】：大連海事大學遼寧省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：78 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖２．１地球坐標系和船體坐標系下六自由度無人水面船模型??
我們選取?ＩＳＭＦＣ?控制參數(shù)為：ａｔ，?＝０．１５，?／ｃ２?＝０．１５，?ｘ：３?＝ｄｉａｇ（０．２，０．２，??０．２），?＆?＝?ｄｉａｇ（０．１，０．１，０．２），爲＝１?／?３，爲＝１?／?２，?Ｐ?＝?１?／?３。仿真結果如圖?３．１－３．６?所示。??從圖３．１－３．２可以看出，本文所設計的控制律可以實現(xiàn)快速、精確的航跡跟蹤??控制。除了位置跟蹤，該控制律還能實現(xiàn)速度跟蹤，如圖３．３所示。不僅如此，從??圖３．２－３．５中可以看出，相比傳統(tǒng)的漸近穩(wěn)定控制律ＡＳＣ來說，ＩＳＭＦＣ策略有更??高的控制精度的同時也具備更快的收斂速度。??此外，由圖３．４－３．５還可以看出，跟蹤誤差可以在很短時間被鎮(zhèn)定到零，實現(xiàn)??了有限時間的控制效果。值得一提的是，如圖３．６所示，通過選取合適的控制器參??數(shù)，本文所設計的控制器控制輸入較為光滑，沒有高頻抖振。??？?，?一？一二?Ｖ?—??２０?－?￣、－蛛＞、??／／’??１８?－－Ｖ－???Ｄｅｓｉｒｅｄ?＼?？??口?１６?／?——ＡＳＣ?ｒｉ??１０??／???６?８?１０?１２?１４?１６?１８?２０??ｙ／ｍ??圖３．１航跡跟蹤曲線??Ｆｉｇ．?３．１?Ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?ｔｒａｃｋｉｎｇ??－２０－??
圖３．２位置跟蹤曲線??Ｆｉｇ．?３．２?Ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｔｒａｃｋｉｎｇ??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于擾動觀測器的四旋翼飛行器跟蹤控制[J]. 侯順祥,凌睿. 重慶理工大學學報(自然科學). 2017(12)
[2]我國海洋科技創(chuàng)新發(fā)展的回顧與思考[J]. 曲探宙. 海洋開發(fā)與管理. 2017(10)
[3]基于非線性干擾觀測器的無人平臺有限時間鎮(zhèn)定控制[J]. 華玉龍,任華林,孫偉,郭曉林,遲寶山. 北京理工大學學報. 2017(08)
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[7]模糊自適應PID控制算法在自航模運動控制中的應用[J]. 靳艾. 艦船科學技術. 2017(02)
[8]基于擾動觀測器的傳彈機械手自適應滑�？刂芠J]. 陳龍淼,肖宇強,鄒權. 南京理工大學學報. 2015(05)
[9]模糊自整定PID航向控制算法優(yōu)化及其性能評判[J]. 梅強,李麗娜,陳國權,蔣嬌,馬峰. 合肥工業(yè)大學學報(自然科學版). 2015(08)
[10]船舶航向保持RBF神經(jīng)網(wǎng)絡自適應非線性控制[J]. 劉洋,郭晨. 大連海事大學學報. 2013(04)
博士論文
[1]基于Backstepping的船舶運動非線性自適應魯棒控制[D]. 關巍.大連海事大學 2010
碩士論文
[1]基于滑模自抗擾的無人水面艇路徑跟蹤控制研究[D]. 李鵬.大連海事大學 2017
[2]無人水面艇模糊魯棒自適應航跡跟蹤控制研究[D]. 劉丹.大連海事大學 2016
[3]基于Backstepping的模糊自適應船舶航向控制[D]. 孟凡超.大連海事大學 2014
[4]基于神經(jīng)網(wǎng)絡的船舶航向自適應PID控制研究[D]. 黨祎.哈爾濱工程大學 2012
[5]非線性系統(tǒng)的神經(jīng)模糊建模研究[D]. 張航.大慶石油學院 2004
本文編號：2900166
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