【摘 要】
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随着科技发展和能源消耗加剧,人们越发重视海洋的探索与开发,无人水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)及其编队控制和轨迹跟踪研究的热度近年来也一直在提升。欠
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随着科技发展和能源消耗加剧,人们越发重视海洋的探索与开发,无人水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)及其编队控制和轨迹跟踪研究的热度近年来也一直在提升。欠驱动AUV在降低系统能耗、成本和质量,提高系统可靠性等方面具备优势,因而在工程实际中得到了普遍应用,其控制问题也日益成为研究的热点。本文研究了三维空间下的欠驱动AUV轨迹跟踪算法,通过降低算法的复杂性来确保实施的实时性和有效性,并考虑了外部环境干扰的影响;研究了二维空间内的编队控制,并利用模糊追逐策略降低了避障算法的复杂性。本文主要研究工作如下:(1)提出了一种基于虚拟输入动态反演的欠驱动AUV三维轨迹跟踪控制算法,实现了无外部干扰下的轨迹跟踪。该方法将状态视为虚拟输入,减小了构造Lyapunov函数的复杂度与难度。本文还利用级联系统的稳定性原理对控制算法的稳定性进行了理论证明。仿真实验验证了该算法的有效性。(2)考虑到所提出的动态反演三维轨迹跟踪控制算法没有结合外部环境干扰因素,本文提出了一种基于反步自适应滑模控制法实现了欠驱动AUV在外部环境干扰下的轨迹跟踪。该算法使用反步法设计期望速度以确保位置误差收敛到零的一个极小邻域内,并采用自适应滑模控制,将自适应控制加入到滑模面的趋近率上,抵消干扰的影响,实现速度的收敛。最后采用本文提出的方法对螺旋线的轨迹跟踪问题进行了仿真求解和分析,验证了该算法的有效性。(3)欠驱动AUV编队需要控制若干个AUV进行运动,比轨迹跟踪控制更复杂。因此本文结合外部环境干扰在二维平面内提出了一种基于模糊追逐策略的编队控制方法。主要思想是将前一个AUV看作是后一个AUV的猎物去追逐,利用后者与前者的相对距离误差来实现编队控制,从而实现有效的避碰。
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