滑模控制在水下航行器横滚姿态控制中的应用研究

水下航行器的横滚会使其纵向运动与侧向运动发生交连耦合,给其运动带来一系列不良后果.针对水下航行器航行环境复杂、模型参数摄动大、执行机构的饱和非线性等特点,采用滑模控制设计水下航行体横滚姿态控制器,以达到抑制和消除横滚的目的.仿真结果表明,滑模控制器操舵平滑,控制速度快,鲁棒性和环境适应能力更好.完全能胜任水下航行器横滚姿态控制的要求.     

鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器设计

针对鱼雷型无人水下航行器航行过程中外界环境干扰复杂,航行体系统内部干扰严重的特殊问题,并同时考虑系统参数剧烈变化造成的系统不确定性,设计纵向鲁棒控制器。该控制器采用 PID控制器作为标称控制器控制标称受控对象。利用非线性状态观测器估计受控系统中的不确定性和外界环境干扰,并通过补偿控制律补偿,使整个闭环控制系统具有鲁棒性。将此方法应用于鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器的设计,可大大提高鱼雷型无人水下航行器航行过程中对干扰的抑制和对不确定性的适应能力,保证鱼雷型无人水下航行器在整个航行过程中的姿态稳定,以保证航行任务的完成。     

鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器设计

针对鱼雷型无人水下航行器航行过程中外界环境干扰复杂,航行体系统内部干扰严重的特殊问题,并同时考虑系统参数剧烈变化造成的系统不确定性,设计纵向鲁棒控制器。该控制器采用PID控制器作为标称控制器控制标称受控对象。利用非线性状态观测器估计受控系统中的不确定性和外界环境干扰,并通过补偿控制律补偿,使整个闭环控制系统具有鲁棒性。将此方法应用于鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器的设计,可大大提高鱼雷型无人水下航行器航行过程中对干扰的抑制和对不确定性的适应能力,保证鱼雷型无人水下航行器在整个航行过程中的姿态稳定,以保证航行任务的完成。     

多自主式水下航行器轨迹精准跟踪控制方法

针对多自主式水下航行器轨迹跟踪控制中的不确定性问题,研究多自主式水下航行器轨迹精准跟踪控制方法。构建基于灰色预测的轨迹精准跟踪控制模型,利用灰色预测模型预测航行器航向角,构建一元多项式回归模型,拟合航行器初始航向角同预测航向角间的残差,优化灰色预测模型,提升航行器航向角预测精度。将航向角预测结果代入PID控制器内,通过计算航向角控制率确定位置误差、速度误差与加速度误差,通过控制上述误差实现航行器轨迹准确跟踪控制。实验结果显示该方法可在航行器不同运动特性下准确跟踪轨迹,并具有较好的控制效果。     

基于预测控制的水下自航器抗海浪变深控制分析

水下自主航行器在近水面航行中存在着深度跟踪和姿态控制较为困难的问题。为此，首先建立了自主航行器的近水面三自由度运动数学模型，然后设计了无迹卡尔曼滤波器实现对系统状态的估计；接着，利用斯特林内插法在变动的工作点处对自主航行器模型进行近似线性化，并根据线性化后的模型设计预测控制器，实现自主航行器的变深运动控制。经过仿真实验，验证了滤波器对自主航行器近水面运动状态估计的准确性以及预测控制器在抗海浪扰动上的控制效果。仿真结果表明，带有无迹卡尔曼滤波器的预测控制器可以快速、准确的实现自主航行器的深度跟踪控制与姿态控制，且具有响应速度快，对外部扰动鲁棒性强的特点。     

水下航行器热动力推进系统的非线性变结构控制仿真研究

在对水下航行器热动力推进系统非线性模型进行合理简化的基础上，首次采用趋近律法设计了水下航行器变速变深运动的动力推进系统变结构控制器，并进行了数字仿真，仿真结果表明，所设计的控制器控制精度高，抑制抖振效果显著，且该方法物理概念清晰，算法简单，易于实现，对水下航行器热动力推进系统控制的工况应用有实用价值。     

考虑模型偏差和时变扰动的水下机器人轨迹跟踪控制

本文针对考虑模型不确定性和时变外界环境扰动的水下机器人轨迹跟踪问题展开研究。首先基于水下机器人水平面运动学和动力学方程,结合有限时间控制方法设计一个有限时间扰动观测器用于对总扰动进行实时估计。随后基于反步滑模控制完成带扰动观测器的轨迹跟踪控制律设计,并采用二阶滤波器对虚拟控制信号进行过滤,增设滤波补偿系统用于保证滤波信号的精度。选择高增益扰动观测器和传统反步滑模控制器分别作为扰动观测器和控制器的对比项。最后在Matlab Simulink平台中进行了轨迹跟踪仿真实验。仿真结果表明,所设计的扰动观测器能够对总扰动实现快速且准确的观测估计,且水下机器人能够对目标轨迹能实现较好的跟踪效果。本文所设计的控制器可以使水下机器人快速地跟踪上目标轨迹,且相较于传统反步滑模控制器有着更小的跟踪误差。     

脐带缆对水下航行器动态响应的影响评估研究

为准确预测水下带缆航行器的运动状态,需先对连接于航行器尾部的缆索的运动形态进行预测并建立模型,以评估其对航行器运动的影响。本文提出一种数值方法,用于评估脐带缆索对水下航行器运动的影响,与实际结果进行对比分析后可知,该数值方法误差小,可以作为反馈控制器用以补偿脐带缆索对航行器运动的影响。这对于自动驾驶仪进行系泊作业具有重要的意义。本文重点研究水下航行器直航时张力的变化情况,结果表明拖点处缆索张力随着拖曳时间增长而增大,且近似于线性增加。由这一结果可以得出,在航行器直航时,缆索拖点处最大张力会限制航行器的直航距离或下沉深度。这一结论可用于指导直航时航行器作业距离。     

水下导航定位技术的探究

随着水下导航器技术的不断发展,导航系统成为水下航行器研究的主要技术核心,实现水下精确定位成为目前水下航行器定位导航系统研究的一个重要分支。本文对几种常用自主导航方式的优缺点进行了对比,提出采用组合导航方式可以提高导航的可靠性和准确度。     

基于粒子群优化算法的水下航行器深度控制研究

提出了一种基于粒子群优化算法的水下航行器深度控制器参数优化设计方法。针对水下航行器运动参数变化的特性,采用粒子群优化算法收敛速度快、寻优特性好等特点,将其应用到控制器参数的优化设计中。仿真结果表明,利用粒子群优化算法进行优化设计的水下航行器深度控制器具有良好的控制性能。