AUV神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)水平面航跡跟蹤控制研究.pdf

1、AUV(自主式水下潛航器)是一個(gè)典型的具有非線性、耦合性和運(yùn)動(dòng)模型水動(dòng)力不確定性的系統(tǒng)。AUV在近水面航行時(shí)，復(fù)雜的海流干擾將使其航跡跟蹤控制更加困難。本文為提高AUV航跡控制的精確性、魯棒性和穩(wěn)定性，對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論，以及它在AUV航向控制系統(tǒng)和航跡跟蹤系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的分析和研究。 針對(duì)基于泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)而建立的航向控制系統(tǒng)線性模型會(huì)帶來(lái)系統(tǒng)誤差的問(wèn)題，依據(jù)AUV空間六自由度運(yùn)動(dòng)模型，建立了AUV航向控制系統(tǒng)非線性模型

2、，以及在海流、海浪干擾環(huán)境下包含系統(tǒng)模型參數(shù)不確定性的AUV航向控制系統(tǒng)模型。 針對(duì)常規(guī)BP算法的收斂速度慢的缺點(diǎn)，提出一種在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的誤差反傳權(quán)值修正時(shí)增加一個(gè)調(diào)整器的方法，降低了網(wǎng)絡(luò)的靈敏度。該調(diào)整器將全局反傳式網(wǎng)絡(luò)變成局部反傳式網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)速率有一定提高。 為提高AUV航向控制系統(tǒng)抑制海流等環(huán)境干擾的能力，針對(duì)常規(guī)控制器在工況改變的情況下控制性能變差的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了帶衡量因子的動(dòng)態(tài)BP網(wǎng)絡(luò)航向控制器。仿真結(jié)果表

3、明，這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器在一定程度上滿(mǎn)足了AUV在一定航速下的機(jī)動(dòng)要求，且更具備適應(yīng)系統(tǒng)自身特性改變產(chǎn)生的干擾和抑制海流等外界環(huán)境干擾的能力。 針對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)收斂速度緩慢，雖然經(jīng)過(guò)一定的改進(jìn)，但用在實(shí)時(shí)控制中仍然存在反應(yīng)緩慢的缺點(diǎn)，提出用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID控制器相結(jié)合的混合控制器來(lái)對(duì)AUV做航向控制。該混合控制器只對(duì)原有的常規(guī)PID的控制結(jié)構(gòu)做微小的改變，就可以把無(wú)模型或不準(zhǔn)確模型、干擾和其他不確定狀態(tài)響應(yīng)到整個(gè)控制動(dòng)作上。雖然

4、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)PID的輸出來(lái)學(xué)習(xí)訓(xùn)練，但它不是PID的簡(jiǎn)單復(fù)制。加入PID控制器是為了增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，控制器的主要性能決定于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和PID混合控制器的性能明顯優(yōu)于PID控制器。這是因?yàn)閷?duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和PID混合控制器，其不像PID控制器由參數(shù)Kp、Ki、Kd決定著控制效果，其控制效果不依賴(lài)于這三個(gè)參數(shù)，Kp、Ki、Kd的值只需要在一個(gè)合理的范圍內(nèi)即可，因此混合控制器具有更好的自適應(yīng)性和魯棒性，控制精度高。 本文所設(shè)計(jì)的