虛擬錨泊浮標(biāo)導(dǎo)航與控制策略研究.pdf

1、虛擬錨泊浮標(biāo)作為一種拋棄傳統(tǒng)系留纜的新型海洋環(huán)境觀(guān)測(cè)平臺(tái)，能夠捕獲多種環(huán)境能量，具有全球遠(yuǎn)海大洋自主錨泊點(diǎn)切換、精準(zhǔn)虛擬錨泊和氣象水文長(zhǎng)期原位觀(guān)測(cè)等功能。然而，在現(xiàn)有文獻(xiàn)中，關(guān)于錨泊點(diǎn)切換和虛擬錨泊的控制算法相對(duì)較少。因此，本文提出了一種新型虛擬錨泊浮標(biāo)導(dǎo)航控制策略，包括錨泊點(diǎn)切換控制算法和虛擬錨泊控制算法，并通過(guò)仿真分析驗(yàn)證了該導(dǎo)航控制策略的正確性和有效性。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　首先，研究了虛擬錨泊浮標(biāo)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理，利用Foss

2、en矩陣建立了虛擬錨泊浮標(biāo)縱蕩、橫蕩、垂蕩和艏搖四自由度動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)該虛擬錨泊浮標(biāo)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)行為仿真，為虛擬錨泊浮標(biāo)導(dǎo)航控制策略的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　其次，針對(duì)虛擬錨泊浮標(biāo)在錨泊點(diǎn)之間位置切換問(wèn)題，提出了錨泊點(diǎn)切換控制算法。通過(guò)高斯大地主題反解視向跟蹤算法得到導(dǎo)航信息，采用改進(jìn)單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制器實(shí)現(xiàn)了虛擬錨泊浮標(biāo)在預(yù)設(shè)錨泊點(diǎn)之間的位置切換。該控制器不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)功能和較強(qiáng)的魯棒性。
　　

3、再次，針對(duì)虛擬錨泊浮標(biāo)在海平面上一直處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而難以錨泊的問(wèn)題，提出了虛擬錨泊控制算法。通過(guò)引入虛擬錨泊圓，將虛擬錨泊問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)槁窂礁檰?wèn)題，通過(guò)Serret-Frenet坐標(biāo)變換和重新定義輸出變量，將單輸入多輸出的欠驅(qū)動(dòng)非線(xiàn)性系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)閱屋斎雴屋敵龅姆蔷€(xiàn)性系統(tǒng)，進(jìn)而構(gòu)建了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊滑?？刂破?，實(shí)現(xiàn)了在錨泊點(diǎn)一定范圍內(nèi)的虛擬錨泊。模糊算法對(duì)滑模開(kāi)關(guān)量進(jìn)行在線(xiàn)調(diào)整，削弱了滑?？刂破鞯摹岸墩瘛?，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)模型不確定項(xiàng)進(jìn)行逼近