AUV垂直面運(yùn)動(dòng)控制過程中自抗擾方法研究.pdf

1、自主式水下航行器(AUV)的智能運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是AUV實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程航海的基礎(chǔ)所在,AUV在垂直面的運(yùn)動(dòng)控制能力是完成多樣性使命任務(wù)的重要技術(shù)保障,對其進(jìn)行深入研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文以某AUV為研究對象,基于自抗擾方法,對其在垂直面的運(yùn)動(dòng)控制問題,尤其是深度控制和縱傾控制問題進(jìn)行了深入的研究,力求解決海洋環(huán)境下AUV垂直面運(yùn)動(dòng)的控制擾動(dòng)問題。
　　 首先,基于研究對象AUV,完善了其垂直面運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型,并對該模型

2、的操縱性進(jìn)行了仿真計(jì)算。依據(jù)該型AUV的空間六自由度模型,考慮推進(jìn)器、舵機(jī)的機(jī)動(dòng)特性以及模型的不確定性、海流、海浪、傳輸信號(hào)干擾等內(nèi)外擾動(dòng),完善了該AUV的垂直面運(yùn)動(dòng)模型,并針對該模型進(jìn)行了AUV垂直面操縱性仿真,得到了一些具有理論價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用參考價(jià)值的機(jī)動(dòng)性性能參數(shù)。
　　 其次,基于自抗擾控制理論,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了AUV垂直面自抗擾控制器,分析了其抗擾性能。針對模型的不確定性、海流、海浪、傳輸信號(hào)干擾等典型內(nèi)外擾動(dòng),分析了自抗

3、擾方法的擾動(dòng)抑制性能,總結(jié)了自抗擾控制器的參數(shù)整定規(guī)律;針對AUV在垂直面運(yùn)動(dòng)過程中大變深、大縱傾角等問題,提出自抗擾深度-縱傾協(xié)調(diào)控制方法,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了AUV垂直而的自抗擾深度控制器、縱傾控制器,以及深度-縱傾協(xié)調(diào)控制器。
　　 最后,在AUV半實(shí)物仿真系統(tǒng)下開展了垂直面運(yùn)動(dòng)控制仿真試驗(yàn),進(jìn)一步驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的AUV垂直面自抗擾控制器的控制效果及抗擾性能。設(shè)計(jì)了AUV大深度分段下潛、垂直面鋸齒形潛浮、海底定高航行等典型仿真案例,

4、分析了AUV海試過程中近水面及水下航行時(shí)受到的海浪、海流等干擾岡素以及航行控制品質(zhì),基于海試案例,完成了AUV垂直面運(yùn)動(dòng)控制的深度、縱傾等單自由度仿真試驗(yàn)以及深度-縱傾協(xié)調(diào)控制試驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了欠驅(qū)動(dòng)AUV垂直面的航行機(jī)動(dòng),降低了AUV在垂直面運(yùn)動(dòng)過程中由于大變深、大縱傾角等可能產(chǎn)生的危險(xiǎn),驗(yàn)證了AUV垂直面自抗擾控制器的控制效果及抗擾性能。
　　 本文所設(shè)計(jì)的AUV垂直面自抗擾控制器,能夠有效抑制海浪、海流、模型不確定性、傳輸信號(hào)干