水下回收過程中UUV軌跡規(guī)劃與跟蹤控制方法研究.pdf

1、作為一種可重復(fù)使用的海洋運(yùn)載器，水下無人航行器（Unmanned Underwater Vehicle，UUV）執(zhí)行完使命任務(wù)后是必須要進(jìn)行回收的。雖然，目前國(guó)內(nèi)外提出了多種UUV回收的方式，但是實(shí)現(xiàn)對(duì)UUV的水下自主回收是每一個(gè)UUV工作者的目標(biāo)。另外，UUV具備水下自主回收能力也是其智能水平和自主程度的體現(xiàn)。本文以運(yùn)動(dòng)母船水下自主回收UUV為研究背景開展相關(guān)研究工作，重點(diǎn)研究了回收中的空間軌跡規(guī)劃、空間軌跡跟蹤控制和對(duì)運(yùn)動(dòng)母船的跟蹤

2、方法。通過研究，旨在為實(shí)現(xiàn)UUV的水下自主回收提供一定的理論參考和技術(shù)基礎(chǔ)。
　　通過分析，將運(yùn)動(dòng)母船水下自主回收 UUV的過程分為三個(gè)典型的階段：集合階段（Rendezvous）、回塢階段（Homing）和對(duì)接階段（Docking）。論文的研究?jī)?nèi)容針對(duì)的是前兩個(gè)階段，通過空間軌跡規(guī)劃和軌跡跟蹤控制實(shí)現(xiàn)UUV到達(dá)回收集合點(diǎn)；通過對(duì)運(yùn)動(dòng)母船的跟蹤實(shí)現(xiàn)UUV回到對(duì)接機(jī)構(gòu)附近，為接下來的對(duì)接階段創(chuàng)造條件。
　　空間軌跡規(guī)劃解決的是

3、UUV在約束條件下以什么樣的軌跡航行到集合點(diǎn)的問題，約束條件包括到達(dá)集合點(diǎn)的時(shí)間、姿態(tài)約束和UUV的運(yùn)動(dòng)學(xué)約束，并且所處的環(huán)境空間是三維未知障礙空間。本文采用多項(xiàng)式來參數(shù)化空間軌跡，并通過搜索設(shè)置的多項(xiàng)式的可調(diào)系數(shù)來獲得一條無碰、最優(yōu)和滿足以上約束的軌跡。問題的求解過程具備在線執(zhí)行的特點(diǎn)，使UUV具備探測(cè)到礙航物后的在線重規(guī)劃能力。通過對(duì)典型環(huán)境案例的仿真，驗(yàn)證了方法的可行性。
　　接下來，針對(duì)規(guī)劃出的用參數(shù)化描述的空間軌跡，開展

4、了UUV的空間軌跡跟蹤控制問題研究，以使UUV沿軌跡航行到集合點(diǎn)。在跟蹤過程中，UUV必須同時(shí)跟蹤空間軌跡的位置狀態(tài)和速度狀態(tài)才能實(shí)現(xiàn)到達(dá)集合點(diǎn)的時(shí)間和姿態(tài)約束。為此，建立了UUV跟蹤過程中的部分線性化運(yùn)動(dòng)學(xué)誤差和動(dòng)力學(xué)誤差模型。針對(duì)所建立的欠驅(qū)動(dòng)的誤差系統(tǒng)，利用反步法和李亞普諾夫函數(shù)設(shè)計(jì)了空間軌跡跟蹤控制器。通過對(duì)規(guī)劃出的空間軌跡的跟蹤仿真，驗(yàn)證了控制器的有效性。
　　最后，開展了回塢階段 UUV對(duì)運(yùn)動(dòng)母船的跟蹤問題研究，以實(shí)現(xiàn)