近壁面環(huán)境下UUV回收過程的自適應(yīng)控制方法研究.pdf

1、目前,隨著世界范圍內(nèi)對(duì)海洋資源開發(fā)及海洋空間利用技術(shù)的不斷探索,水下無人航行器UUV(Unmanned Underwater Vehicle)因?yàn)槠渚哂凶鳂I(yè)模式靈活、隱蔽性高、安全性好等優(yōu)點(diǎn)而引起各國工程人員越來越多的關(guān)注。當(dāng)UUV完成任務(wù)后,或出現(xiàn)需要下載指令、上傳數(shù)據(jù)或補(bǔ)充能源等情況時(shí),UUV必須返回水下工作站。由于必須考慮UUV回收過程中隱蔽性、安全性及降低成本等方面的因素,UUV水下自主回收方式被越來越多地采用。本文采用平臺(tái)搭載

2、方式進(jìn)行UUV水下自主回收,即在水下工作站背部為UUV設(shè)置專門的回收區(qū)域,該區(qū)域安裝有短基線聲吶、導(dǎo)引光源、鎖緊裝置等回收設(shè)施,UUV按照預(yù)先設(shè)計(jì)的控制和決策程序自主地坐落至該區(qū)域,并利用鎖緊裝置固定在水下工作站上,實(shí)現(xiàn)隨艇而動(dòng),同時(shí)完成指令下載、數(shù)據(jù)傳輸或能源補(bǔ)充等工作。
　　 UUV回收坐落過程是一個(gè)從無限寬廣水域到近壁面受限水域的過程。坐落過程中UUV受到的水動(dòng)力特性與寬廣水域下相比發(fā)生變化,而且規(guī)律復(fù)雜,若仍以無限寬廣水

3、域下的UUV運(yùn)動(dòng)模型對(duì)所設(shè)計(jì)的控制器進(jìn)行仿真來驗(yàn)證其性能的可靠性,這是沒有說服力的。考慮到目前對(duì)于該問題仍沒有相對(duì)成熟的理論做為依據(jù),論文采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件Fluent對(duì)近壁面環(huán)境下UUV回收坐落過程中受到的水動(dòng)力進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,對(duì)計(jì)算所得到數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,總結(jié)出近壁面環(huán)境下,在UUV回收坐落過程中水動(dòng)力隨UUV高度不同的變化規(guī)律,并擬合出此過程的干擾計(jì)算公式,最后再根據(jù)UUV回收時(shí)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),建立采用平臺(tái)搭載方法進(jìn)行回收時(shí)的U

4、UV六自由度運(yùn)動(dòng)模型。
　　 由于UUV自身的非線性、弱觀測(cè)、強(qiáng)耦合等特性,使UUV實(shí)現(xiàn)完全自主回收存在很多困難。采用傳統(tǒng)的控制方法已經(jīng)不能滿足在復(fù)雜環(huán)境,尤其是在未知的近壁面環(huán)境下完成安全性和精確度都有很高要求的UUV水下自主回收,故本文采用自適應(yīng)控制方法對(duì)UUV近壁面環(huán)境下自主回收過程的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行控制,這是因?yàn)樽赃m應(yīng)控制方法的特點(diǎn)在于它不僅能控制一個(gè)已知系統(tǒng),還能控制一個(gè)完全或部分未知的系統(tǒng),尤其適用于較為復(fù)雜的非線性系統(tǒng)

5、。此外,本文還引入了非線性干擾觀測(cè)器(DOB)作為控制回路的內(nèi)環(huán),它不僅能夠有效補(bǔ)償系統(tǒng)中的未知干擾,而且其內(nèi)部的低通濾波器還可以消除由傳感器引入的高頻測(cè)量噪聲對(duì)控制器的影響。
　　 本文最后進(jìn)行了UUV回收系統(tǒng)的半實(shí)物仿真,利用建立的UUV近壁面回收過程的運(yùn)動(dòng)模型,通過不同的水動(dòng)力環(huán)境、水下工作站的不同運(yùn)動(dòng)方式以及是否加入高頻測(cè)量噪聲等仿真方案,對(duì)應(yīng)用于控制UUV回收過程中垂直面運(yùn)動(dòng)的基于非線性干擾觀測(cè)器的自適應(yīng)控制方法性能進(jìn)