遗传算法pid控制在auv运动控制中的应用

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1、哈尔滨‘I：程大学硕十学位论文摘要AUV(无人潜航器)是一个典型的具有非线性、耦合性和运动模型水动力不确定性的系统。AUV的运动控制如航向控制、深度控制和纵倾控制等是AUv诸多关键技术中迫切需要研究、解决的关键技术，是完成AUV使命的重要技术保障。AUV本身模型的复杂性以及在航行时存在的海流干扰等将使其精确运动控制十分困难。本文为提高AUV运动控制的精确性、鲁棒性和稳定性，对遗传算法和PID控制理论，以及它们在AUV运动控制系统中的应用进行了深入的分析和研究。首先，建立AUV固定和运动坐标系，建立了AUV的空间六自由度运动的数学模型；根据海洋环境的特点，建立了和水平面以及垂

2、直面运动相关的海流模型。其次，介绍了基本遗传算法原理，针对基本遗传算法本身仍存在着许多难以解决的问题，如早熟收敛、控制参数的选择等，综合各种改进措施，将最优保存策略、自适应设定交叉概率和变异概率、适应度缩放的思想融入到基本遗传算法中，对算法进行改进。再次，通过对PID控制算法的介绍，把遗传算法和PID控制相结合设计了遗传算法PID控制器，该控制器利用遗传算法优秀的寻优能力来对PID控制器的控制参数进行寻优，以使PID控制器在各个工况点都能取得较好的控制参数。最后，利用对AUV运动的完整数学模型的线性化得到的其航向控制器、深度控制器和纵倾控制器的设计模型设计了航向控制器、深度

3、控制器和纵倾控制器。并对控制器的控制效果进行仿真，仿真结果证实了遗传算法PID控制器能在不同工况点以及海流干扰情况下取得较好的控制效果，并且通过设计航向制导器和纵倾制导器，结合航向控制器和纵倾控制器实现了AUV的精确三维航迹跟踪控制。关键词：无人潜航器；运动控制；遗传算法；PID控制哈尔滨f：程火学硕十学位论文AbstractAUV(AutonomousUnderwaterVehicle)isatypicalsystemwhichischaracterizedbynonlinearity,couplingandhydrodynamicuncertainty．Themotio

4、ncontrolofAUV,includingheadingcontrol，depthcontrolandpitchcontrolandSOon,aleofthemostdemandingthatneedtoberesearchedandaddressed．AUV’SmotioncontrolisalsoallessentialbaseforthecompletionofAUVmissions．ItisdifficulttoachieveaccuratemotioncontrolforAUVbecauseofthecomplexmodelofAUVandtheexisten

5、ceofcurrentinfluence．Inordertoenhancetheperformanceofaccuracy,robustnessandstabilityforAUVmotioncontrol，GA(GeneticAlgorithm)theoryandPIDcontroltheoryaswellastheirpracticalapplicationsinAUVcontrolweredeeplypresentedandinvestigatedinthispaper．Firstly,establishearth—fixedandbody-fixedcoordina

6、tesystemsforAUV．ThemathematicalmodelsofAUVmotionofsixdegreesoffreedomareestablished．BasedOilthecharacteristicsofoceanicenvironment，thecurrentmodelrelatedtosteeringanddivingmotionWasalsoestablished．Secondly,simplegeneticalgorithmWasintroduced．Therearemanyproblemsinvolvedinsimplegeneticalgor

7、ithm，suchasconvergeearlyandthedifficultoftheselectionofcontrolparametersandSOon．Therefore，philosophiesofapproaches，likethebestelitistpreservedmethod，theadaptivesettingofcrossoverprobabilityandmutationprobabilityandfitnessscaling，weresynthesizedbythispapertoimp