多模型控制理论在auv运动控制中的应用研究

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1、多模型控制理论在AUV运动控制中的应用研究摘要自治式水下机器人(AutonomousUnderwaterVehicle)的运动控制方法研究是AUV技术的主要课题之一。AUv工作特点如下：运动模型高度非线性、强耦合、时变和不确定的；受流、浪等工作环境干扰大；作业要求高如工作半径大、航速调节范围大、工作时间长；AUV使命模块配置的多样性等。因而控制系统要求能适应上述因素的变化，有强鲁棒性和自适应性，有足够的运动控制精度，这对水下机器人运动控制系统的设计提出了严峻的考验。本论文提出多模型控制方法，使系统在运动过程多个工作点及其附近获得较好的控制模念，对于

2、在非线性环境下的AUV航向、深度等姿态控制以及航迹的跟踪控制具有很强的实用价值。论文以多模型方法和AUV控制研究为主线，首先完成了6自由度运动模型、环境干扰和执行机构模型的建立及模型验证：并设计基于单模型的PID、滑模和模糊控制算法，实现了前向速度，水平平面和垂直平面三个子系统各控制目标的仿真，发现远离工作点时，不能满足控制要求。因此继而提出多模型控制方法，采用模糊推理规则构成控制权重来实现控制器的平滑切换。以多模型PID、多模型滑模控制和多模型优化的模糊控制算法解决深度、速度、纵倾和航向控制问题。最后，设计问接航迹控制系统，采用模糊航向制导方法来

3、实时解算期望艏向，避免了在期望航线附近过于频繁操舵，以直航、梳形和梯形航迹跟踪试验进行了验证分析。结果表明，多模型能覆盖被控对象的参数变化范围，把复杂系统简化为多个简单系统的组合，有效地解决复杂系统控制：辅之以模糊平滑切换能力，可以取得良好控制效果。关键词：自治式水下机器人；运动控制；多模型方法：滑模变结构模糊推理；哈尔滨工程大学硕士学位论文AbstractResearchonAutonomousUnderwaterVehiclemotioncontroIsystemISoneofthekeyresearchproblemsonAUV‘whoset

4、askrequirementisverystrictsuchaslongworkradius，awiderangeofregulationcapacityofvehiclespeed，longworktimeandthevarietyofconfiguringtheAUVmissionmodules．Sothesystemishighlynonlinear,stronglycoupled，time—variableanduncertainwhenitisgreatlydisturbedbycurrentandwave．Thecontrolsyste

5、mmusthaveadequateprecisionofmotioncontrol，strongrobustandnonlinearadaptabilitytoadaptaboverequirements．Itbroughtaboutausteredifficultytothesystemdesign．Multi-modelControlisputforwardtoachievegoodperformanceatvariousoperatingpointsduringthemotionprocess．Thusmulti—modelcontrolis

6、practicalfortheAUVyaw,attitude．ordepthcontrolandtrackkeepingundernonlinearcondition．Thedissertationmainlyworkedonmulti—modelapproachandAUVcontrolFirstlythesixDOFkineticequation，actuatoranddisturbancemodelofcurrentandwaveareestablishedOpen—loopsimulationwasdonetotestthemathemat

7、icalmodelSinglemodelbasedPID．SlidingMode．andFuzzyControllersaredesignedtorealizethespeed，steeringanddivingcontrolsystem，fromwhichwefoundthatthecontrolperformancefarfromoperationpointsisnotgoodenough．ThenMulti—modelControlisstudied，inwhichfuzzyinferencerulesbasedswitcherisadopt

8、edtoswitchmultiplecontrollerssmoothly．MultiplePID，MultipleSli