小型自主水下航行器垂直面的運動控制研究.pdf

1、自主水下航行器(AUV: Autonomous Underwater Vehicle)作為一種海上力量倍增器，有著廣泛而重要的軍事用途，在未來海戰(zhàn)中有不可替代的作用。無人水下航行器的控制設(shè)計是控制系統(tǒng)設(shè)計的一個重要領(lǐng)域。由于非線性動力學特性、模型的不確定性和難以測量或估計的干擾通常導致控制難以實現(xiàn)。本文主要研究一種小型水下航行器垂直面控制問題，由于水下航行器非線性模型中變量多、耦合強且參數(shù)不確定，尤其是其附加質(zhì)量、阻尼系數(shù)等流體動力學參

2、數(shù)對水下航行器控制的影響十分復雜，將模型進行解耦，簡化動力學參數(shù)，重新構(gòu)建模型，算法采用動態(tài)面滑模控制以及自適應(yīng)機制，將兩者優(yōu)點結(jié)合起來構(gòu)建動態(tài)面滑模自適應(yīng)控制器，使系統(tǒng)能夠在控制過程中動態(tài)估計系統(tǒng)的不確定參數(shù)，消除反步法引起的微分項膨脹，達到理想的控制效果。
　　首先，水下航行器平臺搭建。根據(jù)性能要求，仿照“C-Sweep”對水下航行器進行機械外型，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，軟硬件系統(tǒng)設(shè)計，外型根據(jù)受力仿真達到最優(yōu)外形。控制系統(tǒng)分為四層任務(wù)

3、層，導航層，控制層和AUV實體，確保完成水下多任務(wù)的目標。硬件采用工控機，通信模塊，DSP嵌入式主機等，可在復雜環(huán)境下工作且精度高；軟件采用 VC6.0編譯環(huán)境，便于數(shù)據(jù)處理與保存，使信息交互有一個完整、穩(wěn)定、時效高的環(huán)境。
　　其次，模型建立。建立AUV的空間運動體坐標系，根據(jù)慣性坐標系和體坐標系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系建立水下航行器的五自由度的運動學模型，再根據(jù)水下航行器受力分析，得到動力學模型，將運動學模型和動力學模型聯(lián)立得到水下航行