基于雙目視覺的UUV自主尋的控制方法研究.pdf

1、水下視覺系統(tǒng)能夠在近距離范圍內(nèi)為無人水下航行器（UUV）提供高分辨率、高精度且較為完整的外界環(huán)境信息，因此其在越來越多的水下作業(yè)任務(wù)中得到了廣泛的應(yīng)用。常見的UUV應(yīng)用水下視覺技術(shù)完成的水下作業(yè)任務(wù)主要有：水下對(duì)接、回收入塢、目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)拍攝、導(dǎo)航定位等。UUV安裝水下雙目視覺系統(tǒng)后，能夠像人眼一樣捕獲并提供給 UUV高精度的目標(biāo)物視覺測(cè)量信息，若結(jié)合有效的視覺控制器構(gòu)成視覺控制系統(tǒng)，則可導(dǎo)引并控制UUV成功抵近水下目標(biāo)物。
　

2、　本課題以UUV自主抵近水下目標(biāo)物并抵達(dá)作業(yè)工具的作業(yè)范圍為背景，開展近距離范圍內(nèi)基于雙目視覺的UUV自主尋的控制方法研究。本文的主要工作如下：
　　首先，建立了UUV六自由度空間運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)模型；分析了其所受的附加質(zhì)量、水動(dòng)力（矩）和恢復(fù)力（矩），給出了其推力模型及推力分配；討論了UUV動(dòng)力學(xué)模型的特性。
　　其次，介紹了UUV雙目視覺系統(tǒng)的組成及其在UUV上的安裝方案；通過三維重構(gòu)計(jì)算得到目標(biāo)物特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，考慮到

3、 UUV實(shí)際要抵達(dá)的作業(yè)位置并不是目標(biāo)物的三維位置，根據(jù)UUV作業(yè)需求以及目標(biāo)物位置與UUV實(shí)際作業(yè)位置之間的約束關(guān)系，通過坐標(biāo)變換得到UUV期望的三維作業(yè)位置給定。
　　然后，針對(duì)位置給定型 UUV雙目視覺控制問題，設(shè)計(jì)了三種控制器：1）假設(shè)UUV動(dòng)力學(xué)模型精確已知并且系統(tǒng)不受外界干擾時(shí)，設(shè)計(jì)了帶有恢復(fù)力補(bǔ)償?shù)腜D控制器，給出了控制器的穩(wěn)定性證明；2）假設(shè)UUV不確定模型參數(shù)上界及未知外界定常擾動(dòng)作用點(diǎn)均為已知時(shí)，設(shè)計(jì)了魯棒自適

4、應(yīng)PID控制器，提出了保證控制器穩(wěn)定的定理，并給出了定理的證明；3）假設(shè)UUV不確定模型參數(shù)上界已知和未知外界定常擾動(dòng)作用在 UUV幾何中心時(shí)，設(shè)計(jì)了雙閉環(huán)自適應(yīng)滑?？刂破鳎瑸榱讼齻鹘y(tǒng)滑?？刂破鞯亩墩瘳F(xiàn)象，提出了一種無抖振雙閉環(huán)自適應(yīng)滑?？刂破?，該控制器不需要已知UUV不確定模型參數(shù)的上界，并利用Lynapunov穩(wěn)定性理論與Barbalat引理分別證明了改進(jìn)前和改進(jìn)后的雙閉環(huán)自適應(yīng)滑?？刂破鞯姆€(wěn)定性。
　　最后，通過仿真案例對(duì)