基于自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面控制的自主海洋航行器協(xié)同路徑跟蹤.pdf

1、近年來，隨著海洋科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自主海洋航行器的工作方式已經(jīng)由原來的單一作業(yè)方式發(fā)展為協(xié)同編隊(duì)作業(yè)方式。多個(gè)自主海洋航行器協(xié)同合作可以完成單一個(gè)體無法完成的任務(wù)。因此，研究多個(gè)自主海洋航行器的協(xié)同路徑跟蹤控制問題具有重要的實(shí)際意義。本文以全驅(qū)動(dòng)自主海洋航行器和欠驅(qū)動(dòng)自主海洋航行器作為研究對(duì)象，結(jié)合非線性系統(tǒng)理論、圖論、動(dòng)態(tài)面設(shè)計(jì)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)技術(shù)、狀態(tài)反饋和輸出反饋等理論工具?？紤]系統(tǒng)中存在的不確定性、控制器結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、狀態(tài)變量不

2、可測(cè)、系統(tǒng)外部存在擾動(dòng)和控制信號(hào)輸入飽和問題等。主要的研究工作包括以下幾個(gè)方面:
　　第一，針對(duì)含有不確定性和環(huán)境擾動(dòng)的自主海洋航行器的協(xié)同路徑跟蹤控制問題，結(jié)合動(dòng)態(tài)面控制技術(shù)分別對(duì)全驅(qū)動(dòng)自主海洋航行器和欠驅(qū)動(dòng)自主海洋航行器進(jìn)行協(xié)同路徑跟蹤控制器設(shè)計(jì)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)中存在的不確定性及環(huán)境擾動(dòng)部分進(jìn)行在線逼近，提出了一種基于自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面方法的協(xié)同路徑跟蹤控制策略。 Lyapunov穩(wěn)定性分析證明了閉環(huán)系統(tǒng)是半全局一致最終有界的。

3、仿真結(jié)果表明了所給出控制算法的有效性。
　　第二，考慮實(shí)際中自主海洋航行器由于技術(shù)或復(fù)雜環(huán)境干擾等原因致使的航速不容易精確測(cè)量的問題，采用輸出反饋方法，通過利用自主海洋航行器的位置測(cè)量值獲得反饋控制器所需要的速度估計(jì)值，進(jìn)而進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)。同時(shí)結(jié)合動(dòng)態(tài)面控制技術(shù)，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)中存在的不確定性部分進(jìn)行在線逼近，研究了基于觀測(cè)器的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面的協(xié)同路徑跟蹤控制器設(shè)計(jì)問題。通過Lyapunov穩(wěn)定性分析證明了協(xié)同路徑跟蹤誤差可以

4、收斂到原點(diǎn)附近很小的鄰域內(nèi)，仿真結(jié)果表明了所給出控制算法的有效性。
　　第三，針對(duì)欠驅(qū)動(dòng)自主海洋航行器，考慮了系統(tǒng)外部存在擾動(dòng)的問題，設(shè)計(jì)了一種濾波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)律。這種自適應(yīng)方法具有低頻學(xué)習(xí)的能力，能夠過濾掉擾動(dòng)中的高頻分量并對(duì)擾動(dòng)中的低頻部分進(jìn)行很好的學(xué)習(xí)，使得采用常規(guī)自適應(yīng)方法對(duì)系統(tǒng)不確定性部分進(jìn)行補(bǔ)償而可能使控制信號(hào)產(chǎn)生高頻振蕩的問題得到解決，有利于工程實(shí)現(xiàn)。Lyapunov穩(wěn)定性分析證明了閉環(huán)系統(tǒng)是半全局一致最終有界的。

5、仿真結(jié)果表明了所給出控制算法的有效性。
　　第四，考慮了自主海洋航行器的控制信號(hào)輸入飽和問題。分別針對(duì)全驅(qū)動(dòng)和欠驅(qū)動(dòng)自主海洋航行器，采用輔助系統(tǒng)進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)，研究了一種含抗飽和控制結(jié)構(gòu)的協(xié)同路徑跟蹤控制算法，使得控制信號(hào)即使在輸入飽和的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)很好的控制效果。同時(shí)，引入了一種分布式速度估計(jì)策略，去掉了期望速度全局已知的假設(shè)條件，大大地減少了信息通訊量。Lyapunov穩(wěn)定性分析證明了閉環(huán)系統(tǒng)是半全局一致最終有界的。仿真結(jié)