近水面回收作業(yè)UUV位姿自適應(yīng)控制方法研究.pdf

1、無人水下航行器（Unmanned Underwater Vehicle，UUV）是一種有效勘測海洋未知領(lǐng)域的新型裝備。UUV在海上作業(yè)完成任務(wù)之后，通常需要回收至其工作母船，但由于海況具有不可預(yù)測性，UUV可能無法在工作區(qū)域正常回收至工作母船，而令UUV伴隨母船自主航行一段時間，到達海況允許區(qū)域再進行回收工作是解決此問題的方法之一。欠驅(qū)動 UUV的運動控制是完成其自主回收的重要技術(shù)保障，針對欠驅(qū)動 UUV回收過程中的運動控制研究具有重要

2、的理論價值和工程應(yīng)用價值。
　　本課題以欠驅(qū)動UUV近水面回收為背景，開展了混合粒子群算法軌跡規(guī)劃后基于PID和滑模自適應(yīng)控制方法研究。本文的主要工作如下：
　　首先，針對UUV近水面回收的實際作業(yè)環(huán)境和任務(wù)要求，通過分析回收方法，將運動母船水面自主回收 UUV的過程分為兩個典型的階段：集合階段（Rendezvous）和跟隨階段（Homing）。針對UUV自身的運動狀態(tài)和實際作業(yè)海況要求，建立UUV六自由度空間運動學(xué)及動力學(xué)

3、模型和UUV在海洋中受到的海風(fēng)、海浪和海流等環(huán)境干擾力模型；為解決對UUV回收的精準控制，本文分析UUV所受的附加質(zhì)量、水動力（矩）和恢復(fù)力（矩）及其推力模型及推力分配，并研究近水面環(huán)境下UUV動力學(xué)模型的特性。
　　其次，針對粒子群算法基本原理容易導(dǎo)致后期進化速度變慢并易陷入局部極值點的缺陷，將模擬退火思想應(yīng)用到粒子群算法中，提高粒子跳出局部極值的能力并在降溫過程中加快了算法后期的進化速度。然后根據(jù)回收時UUV末端路徑導(dǎo)引的實際

4、需求，采用基于模擬退火粒子群算法來實現(xiàn)避障、路徑最優(yōu)和獲得最佳艏向角的軌跡。針對問題的求解過程在線執(zhí)行的特點，實現(xiàn)UUV的在線重規(guī)劃能力，以提高其自主性和智能性。
　　接下來，針對UUV的近水面軌跡跟蹤控制問題的特點，規(guī)劃模擬退火粒子群優(yōu)化算法軌跡，使 UUV實現(xiàn)沿軌跡航行到集合點。在跟蹤過程中，考慮 UUV必須同時跟蹤軌跡的位置狀態(tài)和速度狀態(tài)的時間和姿態(tài)約束，建立了UUV跟蹤過程中的部分線性化運動學(xué)誤差和動力學(xué)誤差模型。為減小誤