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

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

2、建模問題，分析了“海鷁”號水下機(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)器人動力學(xué)方程，基于“海鷁”號的結(jié)構(gòu)與運動特點進(jìn)行動力學(xué)模型簡化，得到“海鷁”號水下機(jī)器人縱向、橫向、艏向三個方向反映耦合關(guān)系的動力學(xué)模型。本文采取保留縱向動力學(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，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等辦法處理耦合問題。對動力學(xué)模型耦合特

3、性進(jìn)行了仿真分析和驗證。
　　 針對動力學(xué)模型在線辨識問題，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參數(shù)估計方法，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。在此基礎(chǔ)上，本文提出一種基于Lyapunov函數(shù)切換準(zhǔn)則的在線模型切換方法，以滾動樣本的在線參數(shù)估計為基礎(chǔ)，基于切換條件進(jìn)行在線模型切換。對該方法的穩(wěn)定性和輸出誤差一致趨近性問題進(jìn)行了理論分析和實驗研

4、究，實驗結(jié)果表明，該方法在有外部干擾情況下可提高模型在線辨識精度。
　　 針對水下機(jī)器人解耦控制問題，本文引入狀態(tài)反饋和廣義預(yù)測控制相結(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)，在線實時求解狀態(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)測控制算法結(jié)合系統(tǒng)的具體性能指標(biāo)要求對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