小型自主水下航行器运动控制研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目小型自主水下航行器运动控制研究作者姓名武延志学科专业控制理论与控制工程指导教师黄茹楠副教授2016年5月中图分类号：TP273学校代码：10216UDC：621.3密级：公开工学硕士学位论文小型自主水下航行器运动控制研究硕士研究生：武延志导师：黄茹楠副教授申请学位：工学硕士学科专业：控制理论与控制工程所在单位：电气工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinControlTheoryandControlEngineeringRESEARCHOFSMALLAUTO

2、NOMOUSUNDERWATERVEHICLEMOTIONCONTROLByYanzhiWuSupervisor:AssociateProfessorRunanHuangYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《小型水下航行器运动控制研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日

3、期：年月日摘要摘要小型自主水下航行器(UUV:UnmannedUnderwaterVehicleorAUV:AutonomousUnderwaterVehicle)，具有高度的自主性、精确的跟踪和控制能力，可通过遥控或自主导航控制的方式在水下运动完成水下任务。本文针对小型水下航行器的多自由度强耦合、非线性系统，考虑外界复杂水流干扰及自身建模误差等不确定性因素的影响，针对AUV的二维平面运动，采用动态滑模控制以及基于非线性干扰观测器(NDO:NonlinearDisturbanceObserver)的方法，设计了航向跟踪控制器；采用自适应滑模控制器设计轴向控制器

4、，建立轴向跟踪控制算法，实现了对航向和轴向的快速、精确的跟踪响应控制，仿真验证了水下航行器平面运动控制与所设计算法的有效性和准确性。本文研究工作如下:第一部分：模型建立。建立了AUV的空间运动体坐标系，根据地面惯性坐标系和体坐标系之间的转换关系建立了水下航行器空间六自由度数学模型；针对数学模型中存在的未建模动态和外界环境干扰等因素等效的系统总干扰项，将AUV数学模型按照运动平面解耦方法简化为航向角运动模型和轴向运动模型。第二部分：航向控制器设计。考虑到AUV航向运动控制的复杂性以及外界不同程度的水流干扰，设计可根据不同干扰自动选取不同控制方法的智能航向控制器，

5、仿真验证了该控制策略的有效性和智能性，实现了对参考航向的快速、精确跟踪。第三部分：轴向控制器设计。针对轴向运动控制的特殊性，选取了自适应反演滑模控制策略，设计了轴向运动控制器，仿真研究结果验证了跟踪控制的稳定性和精确性。关键词：小型自主水下航行器；动态滑模控制；干扰观测器；航向跟踪控制；轴向跟踪控制-I-燕山大学工学硕士学位论文AbstractThesmallautonomousunderwatervehicle(AUV),alsoknownasthesmallunmannedunderwatervehicle,hashighlydegreeofautonom

6、yandtheabilityofpreciselycontrolandtrack,andisabletocompletesomegiventasksunderthewaterbyremotecontrolorsomeindependentoperationmethods.ThesmallAUVisastrongcouplingnonlinearsystemwithmultipledegreeoffreedom.Consideringtheexternalcomplexflowdisturbancesanditsinherentmodelingerrors,th

7、ispapermainlyfocusesonthetwo-dimensionalplanemovementsoftheAUV,notonlytakingmethodsofslidingmode,dynamicslidingmodeandNonlinearDisturbanceObservertodesigntheheadingtrackingcontroller,butalsoproposingthesurgemotioncontrollerwiththeadaptiveslidingmode,whichmainlystudiesheadingtracking

8、control.Finally,the