水下机器人特殊控制器设计方法稳定性分析

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文水下机器人特殊控制器设计方法稳定性分析博士研究生：李彤指导教师：罗跃生教授学科、专业：系统工程哈尔滨工程大学2017年7月万方数据万方数据分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文水下机器人特殊控制器设计方法稳定性分析博士研究生：李彤指导教师：罗跃生教授学位级别：工学博士学科、专业：系统工程所在单位：自动化学院论文提交日期：2016年9月论文答辩日期：2016年12月学位授予单位：哈尔滨工程大学万方数据万方数据ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofD.EngStabilityAnal

2、ysisofSpecialControllerDesignMethodforUnderwaterVehicleCandidate:LiTongSupervisor:Prof.LuoYueshengAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:SystemEngineeringDateofSubmission:Sep,2016DateofOralExamination:Dec,2016University:HarbinEngineeringUniversity万方数据万方数据哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的

3、所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，

4、可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日万方数据万方数据水下机器人特殊控制器设计方法稳定性分析摘要随着人类科技的不断发展，对于海洋的开发需求也越来越高。海洋资源的丰富性远超陆地，海洋将会成为人类未来发展的主要领域，所以对于海洋的探索研究与开发保护已成为各临海国家的首要问题。而水下机

5、器人作为能够在很大程度上代替人类进行海洋探索的智能工具，已经越来越多地被应用到实际之中了，包括民用方面和军事方面，都显示了其无可替代的重要性。水下机器人系统是对自主性和安全性要求很高的智能系统，它的运动控制方法一直是人们的研究热点。尽管水下机器人的设计控制依赖于具体的水下作业要求，但是它们的控制原理是一致的，不同的只是上层功能模块的设计。目前，随着水下机器人的广泛应用以及对其结构的不断创新，使得在水下机器人的控制中还有许多问题有待于解决或改进。本文首先介绍和分析了利用水动力理论构建水下机器人运动的数学模型的方法过程，描述了水下机器人模型的细节，指出水下机器人运动系统可以描绘成一个由微分方

6、程组确定的系统。其中该系统中的一些重要参数会受到水下机器人所处的环境以及海况的影响。从控制理论的角度来说，它可以表述成一个随着时间变化的随机控制系统。并且由于系统模型中相关系数矩阵的随机性变化，使得水下机器人系统有时会以广义系统的形式运行。所以，本文基于这样的水下机器人动力学模型进行研究，分析其控制过程中可能出现的问题，重点研究并初步得到了控制方案，同时也取得了一些创新成果。本文研究的具体内容主要有以下几个方面：1、针对随机跳变系统的控制问题进行了研究，解决了两个问题。(1)对于随机跳变系统控制器的设计方法，为减少其保守性，提高控制效率，本文采用了Lyapunov泛函方法设计控制器。在查

7、阅了相关资料后，发现没有相关理论所需的适用于Lyapunov泛函的Ito公式。针对这种情况，本文仔细推导了将Lyapunov泛函复合到随机微分系统的Ito公式型解的形式，并给出了严格的证明。(2)在随机跳变系统的控制过程中，需要系统相关系数的实时变化数据。但是这些时变的数据，如水动力系数，在经典的势流理论中是需要大量的海底、洋流等的实时数据进行计算的，对其确定存在一定困难。为此，本文研究得到了一种相关系数的辨识方法。这两个创新性工作