水面無人船軌跡跟蹤控制方法研究.pdf

1、水面無人船是一個(gè)擁有機(jī)器人技術(shù)的小艇或者艦船,它可以對(duì)環(huán)境改變作出反應(yīng),并且在最少的人力干涉下完成任務(wù)。水面無人船可以廣泛應(yīng)用于智能監(jiān)視偵查任務(wù),對(duì)測(cè)量、科研、搜尋和營救方面的工作是非常有幫助的,也可以用來進(jìn)行商業(yè)捕魚。和其他一些民用的高級(jí)系統(tǒng)相似,水面無人船技術(shù)最初也是開始于軍事方面的應(yīng)用,由于水面無人船所具有的這些特性,其已經(jīng)成為如今各國家研究的熱點(diǎn)。本文主要的研究工作是設(shè)計(jì)水面無人船的軌跡跟蹤控制問題的非線性控制律。
　　首

2、先,論文說明了水面無人船在當(dāng)今世界中一些具體的應(yīng)用場所,對(duì)國內(nèi)外水面無人船技術(shù)的發(fā)展做了簡要的介紹,并且進(jìn)行了一些舉例說明。同樣也表明了國內(nèi)水面無人船相關(guān)技術(shù)的研究還處于空白階段,這迫切的需要我們展開相關(guān)方面的技術(shù)探索,而軌跡跟蹤控制正是無人船技術(shù)的關(guān)鍵所在。在合理的假設(shè)條件下,建立了欠驅(qū)動(dòng)船舶水平面三自由度數(shù)學(xué)模型,并通過建立的數(shù)學(xué)模型研究欠驅(qū)動(dòng)水面船舶的控制特性,進(jìn)行船模仿真實(shí)驗(yàn)等一系列工作,目的是為后續(xù)控制器的設(shè)計(jì)做以鋪墊。

3、>　　其次,研究軌跡跟蹤控制方法。考慮三自由度的水面無人船的數(shù)學(xué)模型,對(duì)非線性控制和非完整系統(tǒng)做了回顧,并且介紹了滑?？刂品椒?設(shè)計(jì)了水面無人船軌跡跟蹤滑模控制器。這些控制器需要很少的計(jì)算量,并且可以應(yīng)用在小規(guī)模的水面無人船系統(tǒng)上?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制可以為其提供魯棒控制律,然而,這些控制器的控制參數(shù)的調(diào)整是非常不直觀的,并且在不同的初始化的條件下,在某個(gè)初始條件下的最優(yōu)化的參數(shù)往往表現(xiàn)不佳。
　　再次,一個(gè)新的模型預(yù)測(cè)控制方法被應(yīng)用到

4、軌跡跟蹤控制。模型預(yù)測(cè)控制是基于解決在每個(gè)采樣時(shí)刻的一個(gè)開環(huán)最優(yōu)控制問題,其結(jié)果是,無論在任何的約束或者干擾的初始條件下,均可以實(shí)現(xiàn)開環(huán)的最優(yōu)性能。然而,這個(gè)控制器需要大量的計(jì)算時(shí)間,這令它應(yīng)用在小規(guī)模的并且動(dòng)態(tài)性能較快的水面無人船上是比較具有挑戰(zhàn)性的。
　　最后,考慮到無人船軌跡跟蹤數(shù)學(xué)模型中所具有的級(jí)聯(lián)特性,在軌跡跟蹤控制器的設(shè)計(jì)中,引入了級(jí)聯(lián)系統(tǒng)理論。結(jié)合滑?？刂婆c模型預(yù)測(cè)控制各自的優(yōu)點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種多速率的級(jí)聯(lián)控制結(jié)構(gòu),它用