UUV近距離相對(duì)運(yùn)動(dòng)的模型預(yù)測(cè)控制方法研究.pdf

1、隨著人類對(duì)海洋探索的逐漸深入，UUV在民用和軍事領(lǐng)域的應(yīng)用越發(fā)廣泛，在UUV作業(yè)完成后，需要對(duì)其實(shí)施回收進(jìn)行數(shù)據(jù)下載和能源補(bǔ)充等。近些年來，進(jìn)一步考慮到隱蔽和安全因素，UUV回收方式逐漸由人工干預(yù)的方式向自主回收的方式轉(zhuǎn)變，所以在回收過程中對(duì)UUV的運(yùn)動(dòng)控制要求也更加苛刻。
　　本文首先建立固定坐標(biāo)系和運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系，結(jié)合UUV的運(yùn)動(dòng)特性，建立UUV的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程；然后對(duì)UUV進(jìn)行受力分析，包括水動(dòng)力、靜力、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及干擾，并結(jié)合動(dòng)力學(xué)

2、知識(shí)，給出UUV空間六自由度運(yùn)動(dòng)方程；對(duì)UUV基本運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)了仿真實(shí)驗(yàn)論證了所建立的模型的準(zhǔn)確性。然后，根據(jù)運(yùn)動(dòng)母船背馱搭載自主回收UUV方式設(shè)計(jì)數(shù)值模擬方案，通過計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件Fluent對(duì)所設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行數(shù)值模擬，并分析數(shù)據(jù)，總結(jié)在該過程中UUV與母船近距離相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的水動(dòng)力干擾規(guī)律，并根據(jù)該水動(dòng)力干擾規(guī)律對(duì)UUV模型中的垂向運(yùn)動(dòng)和縱傾運(yùn)動(dòng)進(jìn)行一定修正，并給出該過程中的約束條件。其次，對(duì)UUV垂直面模型進(jìn)行處理，給出在近距離相

3、對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中變深控制的預(yù)測(cè)模型；考慮到在UUV近距離相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中由于存在水動(dòng)力干擾，采用可在線優(yōu)化的模型預(yù)測(cè)控制方法，設(shè)計(jì)了基于人工蜂群優(yōu)化的約束模型預(yù)測(cè)控制器，其中人工蜂群優(yōu)化算法主要對(duì)QP問題進(jìn)行求解；根據(jù)Lyapunov理論證明所設(shè)計(jì)控制器的穩(wěn)定性；設(shè)計(jì)了仿真實(shí)驗(yàn)論證了上述所設(shè)計(jì)的控制器在UUV變深運(yùn)動(dòng)中的控制效果。最后，對(duì)UUV水平面模型進(jìn)行處理，給出在近距離相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中跟蹤運(yùn)動(dòng)母船控制的預(yù)測(cè)模型；考慮到對(duì)非線性時(shí)變系統(tǒng)離散