UUV航速自適應(yīng)切換控制方法研究.pdf

1、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為UUV(Unmanned Underwater Vehicle, UUV)研究工作中的難點(diǎn)之一，其性能直接影響UUV自主能力及作業(yè)精準(zhǔn)度。UUV航速控制作為UUV運(yùn)動控制的一部分，是完成UUV精確位姿控制的前提條件。UUV作業(yè)任務(wù)復(fù)雜多樣，單一的航速控制策略不能夠滿足所有任務(wù)對于控制精度與效率的雙重要求。針對UUV具有強(qiáng)耦合、非線性及含有不確定輸入的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種不依賴于UUV數(shù)學(xué)模型的航速自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)(Ad

2、aptive Neural Fuzzy Inference System, ANFIS)控制器。根據(jù)UUV不同任務(wù)，分析制定對應(yīng)航速控制策略，并引入T-S模糊狀態(tài)觀測器，將該狀態(tài)觀測器所估計(jì)的UUV狀態(tài)信息反饋至航速控制中，實(shí)現(xiàn)對UUV航速控制策略的自適應(yīng)切換。主要研究內(nèi)容如下：
　　1、基于UUV動力學(xué)模型，設(shè)計(jì)相應(yīng)案例，分析了UUV航速對系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差、穩(wěn)定性及舵效的影響。仿真結(jié)果表明UUV水平面轉(zhuǎn)艏或垂直面潛浮時(shí)，高

3、航速會引入系統(tǒng)超調(diào)，使得穩(wěn)態(tài)誤差增大，橫傾及縱傾穩(wěn)定性變差。
　　2、設(shè)計(jì)了ANFIS姿態(tài)控制器和基于UUV模型的T-S模糊觀測器。在ANFIS網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程中，為解決傳統(tǒng)BP學(xué)習(xí)算法易陷入局部極小點(diǎn)，收斂速度慢的問題，將待訓(xùn)練參數(shù)分為線性參數(shù)集與非線性參數(shù)集兩部分，對線性參數(shù)集采用最小二乘估計(jì)(LSE)法進(jìn)行估計(jì)，對非線性參數(shù)采用BP學(xué)習(xí)算法。在引入單點(diǎn)模糊化及中心加權(quán)反模糊化方法構(gòu)造UUV全局模糊系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了T-S模糊

4、狀態(tài)觀測器。
　　3、提出了UUV航速自適應(yīng)切換控制策略。考慮UUV不同任務(wù)及狀態(tài)下對航速的要求，分別設(shè)計(jì)了任務(wù)驅(qū)動及狀態(tài)驅(qū)動航速控制策略。為實(shí)現(xiàn)對所設(shè)計(jì)航速控制策略的實(shí)時(shí)穩(wěn)定切換，依據(jù)UUV當(dāng)前狀態(tài)確定切換系統(tǒng)信號，設(shè)計(jì)了航速自適應(yīng)切換律，并證明了其穩(wěn)定性。
　　4、針對UUV在實(shí)際中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了ADCP/SSS(Acoustic Doppler Current Profile/Side ScanSonar)觀測案例，對