水通信息殘缺的UUV母船跟蹤控制方法研究.pdf

1、UUV在母船通信聲納的引導(dǎo)下于水下航行跟蹤母船運(yùn)動(dòng)的能力，對(duì)于在海況惡劣條件下通過(guò)試驗(yàn)?zāi)复龑?dǎo)UUV執(zhí)行異地回收任務(wù)具有重要的作用。受通信聲納通信能力的限制，UUV無(wú)法實(shí)時(shí)得到母船的位置和速度等信息，而只能以較大的時(shí)間間隔接收到母船報(bào)送的離散采樣數(shù)據(jù)，且容易因干擾而導(dǎo)致通信失敗，因此，UUV獲得的是關(guān)于母船狀態(tài)的離散殘缺時(shí)間序列。基于這些殘缺數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)母船殘缺航跡點(diǎn)修復(fù)算法和具有一定抗干擾能力的軌跡跟蹤控制器，對(duì)于執(zhí)行UUV的海上安全回

2、收具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。為此，本文從現(xiàn)實(shí)需求出發(fā)，針對(duì)水聲通信信息缺失條件下UUV對(duì)母船的水下跟蹤方面存在的問(wèn)題進(jìn)行了如下研究：
　　首先，為了研究和分析問(wèn)題的方便，建立了便于描述UUV運(yùn)動(dòng)規(guī)律的慣性坐標(biāo)系和運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系，通過(guò)對(duì) UUV運(yùn)動(dòng)特性和受力的分析，建立了 UUV的空間運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型。
　　其次，引入 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，在水聲通信數(shù)據(jù)丟失時(shí)，通過(guò)對(duì)母船歷史航跡點(diǎn)的學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)丟失航跡點(diǎn)表示的母船位置的修復(fù)?？紤]到U

3、UV獲得的母船航跡點(diǎn)的信息量較少且存在外界干擾，引入了灰色 RBF方法，利用灰色生成過(guò)程，弱化母船位置數(shù)據(jù)內(nèi)部的隨機(jī)性，強(qiáng)化其內(nèi)在的規(guī)律性，再采用 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)灰色數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和估計(jì)，最后通過(guò)白化過(guò)程獲得對(duì)丟失的母船位置的較高精度的修復(fù)值。采用基于蟻群算法的連續(xù)空間多目標(biāo)優(yōu)化方法，設(shè)計(jì)了UUV在已知的母船相鄰兩航跡點(diǎn)之間的能耗最優(yōu)和航向最優(yōu)平滑軌跡規(guī)劃方法，進(jìn)而得到UUV對(duì)母船航跡點(diǎn)跟蹤的最優(yōu)導(dǎo)引律，最終將問(wèn)題轉(zhuǎn)換成了UUV對(duì)規(guī)劃的

4、最優(yōu)軌跡的跟蹤問(wèn)題。
　　再次，基于Backstepping方法和Lyapunov穩(wěn)定性理論，設(shè)計(jì)了UUV對(duì)規(guī)劃軌跡的跟蹤控制器。通過(guò)設(shè)計(jì)虛擬中間控制量，將對(duì)UUV在橫向和垂向位置跟蹤誤差的鎮(zhèn)定轉(zhuǎn)換成了對(duì)虛擬控制量的鎮(zhèn)定，可以有效地避免傳統(tǒng)反步法設(shè)計(jì)的控制器存在奇異值的問(wèn)題。推導(dǎo)出了 UUV對(duì)規(guī)劃的最優(yōu)軌跡的跟蹤誤差方程，設(shè)計(jì)了 UUV軌跡跟蹤控制器，將 UUV對(duì)規(guī)劃軌跡的跟蹤控制轉(zhuǎn)換成對(duì) UUV航速、縱傾和艏向的控制，并證明了該