UUV馱載式布放回收過(guò)程中空間相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃與控制研究.pdf

1、近十年來(lái)自治水下機(jī)器人(Unmanned Underwater Vehicle)技術(shù)得到了很大發(fā)展。UUV在海洋資源探索和軍事方面都有重要的應(yīng)用前景。水下機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)完全自治,必須具有水下自主回收能力。水下自主回收技術(shù)具有重要意義,可以擴(kuò)展UUV執(zhí)行任務(wù)的范圍,延長(zhǎng)UUV執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間,增加UUV的隱秘性。目前UUV自主回收主要針對(duì)兩種回收平臺(tái),一種是水下靜止平臺(tái),另一種是水下移動(dòng)平臺(tái)。水下移動(dòng)回收平臺(tái)具有靈活部署,安全隱秘等優(yōu)點(diǎn)。

2、r>　　本論文針對(duì)馱載式水下移動(dòng)回收平臺(tái),進(jìn)行UUV自主回收軌跡規(guī)劃與控制的研究。首先,根據(jù)馱載式水下移動(dòng)回收平臺(tái)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了回收策略和禁航區(qū)模型。在UUV回收過(guò)程中,這些禁航區(qū)都是禁止UUV進(jìn)入的。這里可以當(dāng)作移動(dòng)的障礙物。禁航區(qū)附著在回收平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系上,與回收平臺(tái)的移動(dòng)速率一致。
　　在UUV運(yùn)動(dòng)控制方面,針對(duì)UUV運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的非線性和海流干擾等因素,設(shè)計(jì)了具有高魯棒性的狀態(tài)反饋滑模控制器。狀態(tài)反饋控制可以通過(guò)建立系統(tǒng)H

3、urwitz矩陣來(lái)降低可控狀態(tài)響應(yīng)的指數(shù)衰減。同時(shí),利用Hurwitz矩陣的狀態(tài)向量建立一個(gè)切換流形來(lái)消除滑模面上的抖振。另外,狀態(tài)反饋控制在優(yōu)化UUV運(yùn)動(dòng)性能指標(biāo)的同時(shí)滑?？刂瓶梢蕴幚鞺UV運(yùn)動(dòng)的非線性和海流干擾問(wèn)題。總之狀態(tài)反饋滑?？刂撇粌H解決了傳統(tǒng)滑?？刂贫墩竦膯?wèn)題,還綜合了兩種控制方法的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)仿真驗(yàn)證該控制器對(duì)UUV運(yùn)動(dòng)具有較高的控制精度。
　　論文采用了兩種人工勢(shì)場(chǎng)法,對(duì)UUV進(jìn)行回收軌跡規(guī)劃。第一種是動(dòng)態(tài)局部勢(shì)場(chǎng)法

4、,是針對(duì)UUV和水下移動(dòng)回收平臺(tái)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),改進(jìn)的局部勢(shì)場(chǎng)法。這種方法,一定程度上避免了局部勢(shì)場(chǎng)法在動(dòng)態(tài)環(huán)境中容易出現(xiàn)局部極小值的問(wèn)題。通過(guò)matlab編程進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),仿真結(jié)果表明了動(dòng)態(tài)局部勢(shì)場(chǎng)法簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn),能夠?yàn)閁UV規(guī)劃出符合各種約束條件的回收軌跡。第二種方法是導(dǎo)航函數(shù)法,這種方法不存在局部極小值問(wèn)題。導(dǎo)航函數(shù)需要配置空間的信息,雖然解決了局部最小值問(wèn)題,但是比傳統(tǒng)的局部人工勢(shì)場(chǎng)法在數(shù)學(xué)實(shí)現(xiàn)上復(fù)雜的多。導(dǎo)航函數(shù)一旦建立,勢(shì)場(chǎng)