水下機(jī)器人狀態(tài)反饋廣義預(yù)測(cè)解耦控制技術(shù)研究.pdf

1、水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是水下機(jī)器人研究的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)，其中運(yùn)動(dòng)解耦控制技術(shù)是水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究的重要內(nèi)容，對(duì)水下機(jī)器人智能化水平的提高具有重要的研究意義和實(shí)用價(jià)值。
　　 本文在研究該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)舵槳聯(lián)控型水下機(jī)器人，以“海鷁”號(hào)為研究對(duì)象，圍繞三自由度動(dòng)力學(xué)模型、模型的耦合特性、在線(xiàn)辨識(shí)、解耦控制等水下機(jī)器人非線(xiàn)性系統(tǒng)解耦控制技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)的研究工作。
　　 針對(duì)舵槳聯(lián)控型水下機(jī)器人動(dòng)力學(xué)

2、建模問(wèn)題，分析了“海鷁”號(hào)水下機(jī)器人各自由之間存在耦合的原因，根據(jù)牛頓一歐拉方程推導(dǎo)水下機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程，基于“海鷁”號(hào)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模型簡(jiǎn)化，得到“海鷁”號(hào)水下機(jī)器人縱向、橫向、艏向三個(gè)方向反映耦合關(guān)系的動(dòng)力學(xué)模型。本文采取保留縱向動(dòng)力學(xué)模型中的艏向與橫向速度代數(shù)乘積做作為縱向速度與橫向及艏向速度之間耦合的作用項(xiàng)，橫向與艏向模型中分別保留縱向與艏向及縱向與橫向速度代數(shù)乘積做為耦合作用項(xiàng)等辦法處理耦合問(wèn)題。對(duì)動(dòng)力學(xué)模型耦合特

3、性進(jìn)行了仿真分析和驗(yàn)證。
　　 針對(duì)動(dòng)力學(xué)模型在線(xiàn)辨識(shí)問(wèn)題，考慮到水下機(jī)器人獲取外部環(huán)境信息與自身狀態(tài)信息都存在較大的不確定性，本文引入卡爾曼濾波在線(xiàn)參數(shù)估計(jì)方法，采用遞推策略進(jìn)行參數(shù)擬合，在數(shù)據(jù)量較小的情況下依然可以進(jìn)行參數(shù)估計(jì)。在此基礎(chǔ)上，本文提出一種基于Lyapunov函數(shù)切換準(zhǔn)則的在線(xiàn)模型切換方法，以滾動(dòng)樣本的在線(xiàn)參數(shù)估計(jì)為基礎(chǔ)，基于切換條件進(jìn)行在線(xiàn)模型切換。對(duì)該方法的穩(wěn)定性和輸出誤差一致趨近性問(wèn)題進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研

4、究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法在有外部干擾情況下可提高模型在線(xiàn)辨識(shí)精度。
　　 針對(duì)水下機(jī)器人解耦控制問(wèn)題，本文引入狀態(tài)反饋和廣義預(yù)測(cè)控制相結(jié)合的解耦控制算法，提出一種模型切換的狀態(tài)反饋廣義預(yù)測(cè)解耦控制方法，以狀態(tài)反饋結(jié)合輸入變化的方法建立系統(tǒng)的解耦補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，在線(xiàn)實(shí)時(shí)求解狀態(tài)反饋與輸入變換矩陣，進(jìn)行縱向與艏向速度的解耦，以廣義預(yù)測(cè)控制算法結(jié)合系統(tǒng)的具體性能指標(biāo)要求對(duì)解耦后的單輸入單輸出子系統(tǒng)進(jìn)行控制，該方法在狀態(tài)反饋的基礎(chǔ)上進(jìn)一步融入