小型自主水下航行器垂直面的運(yùn)動控制研究.pdf

1、自主水下航行器(AUV: Autonomous Underwater Vehicle)作為一種海上力量倍增器，有著廣泛而重要的軍事用途，在未來海戰(zhàn)中有不可替代的作用。無人水下航行器的控制設(shè)計(jì)是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個重要領(lǐng)域。由于非線性動力學(xué)特性、模型的不確定性和難以測量或估計(jì)的干擾通常導(dǎo)致控制難以實(shí)現(xiàn)。本文主要研究一種小型水下航行器垂直面控制問題，由于水下航行器非線性模型中變量多、耦合強(qiáng)且參數(shù)不確定，尤其是其附加質(zhì)量、阻尼系數(shù)等流體動力學(xué)參

2、數(shù)對水下航行器控制的影響十分復(fù)雜，將模型進(jìn)行解耦，簡化動力學(xué)參數(shù)，重新構(gòu)建模型，算法采用動態(tài)面滑?？刂埔约白赃m應(yīng)機(jī)制，將兩者優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來構(gòu)建動態(tài)面滑模自適應(yīng)控制器，使系統(tǒng)能夠在控制過程中動態(tài)估計(jì)系統(tǒng)的不確定參數(shù)，消除反步法引起的微分項(xiàng)膨脹，達(dá)到理想的控制效果。
　　首先，水下航行器平臺搭建。根據(jù)性能要求，仿照“C-Sweep”對水下航行器進(jìn)行機(jī)械外型，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，外型根據(jù)受力仿真達(dá)到最優(yōu)外形?？刂葡到y(tǒng)分為四層任務(wù)

3、層，導(dǎo)航層，控制層和AUV實(shí)體，確保完成水下多任務(wù)的目標(biāo)。硬件采用工控機(jī)，通信模塊，DSP嵌入式主機(jī)等，可在復(fù)雜環(huán)境下工作且精度高；軟件采用 VC6.0編譯環(huán)境，便于數(shù)據(jù)處理與保存，使信息交互有一個完整、穩(wěn)定、時效高的環(huán)境。
　　其次，模型建立。建立AUV的空間運(yùn)動體坐標(biāo)系，根據(jù)慣性坐標(biāo)系和體坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系建立水下航行器的五自由度的運(yùn)動學(xué)模型，再根據(jù)水下航行器受力分析，得到動力學(xué)模型，將運(yùn)動學(xué)模型和動力學(xué)模型聯(lián)立得到水下航行