水通信息殘缺的UUV母船跟蹤控制方法研究.pdf

1、UUV在母船通信聲納的引導(dǎo)下于水下航行跟蹤母船運動的能力，對于在海況惡劣條件下通過試驗?zāi)复龑?dǎo)UUV執(zhí)行異地回收任務(wù)具有重要的作用。受通信聲納通信能力的限制，UUV無法實時得到母船的位置和速度等信息，而只能以較大的時間間隔接收到母船報送的離散采樣數(shù)據(jù)，且容易因干擾而導(dǎo)致通信失敗，因此，UUV獲得的是關(guān)于母船狀態(tài)的離散殘缺時間序列?；谶@些殘缺數(shù)據(jù)設(shè)計對母船殘缺航跡點修復(fù)算法和具有一定抗干擾能力的軌跡跟蹤控制器，對于執(zhí)行UUV的海上安全回

2、收具有極大的現(xiàn)實意義。為此，本文從現(xiàn)實需求出發(fā)，針對水聲通信信息缺失條件下UUV對母船的水下跟蹤方面存在的問題進(jìn)行了如下研究：
　　首先，為了研究和分析問題的方便，建立了便于描述UUV運動規(guī)律的慣性坐標(biāo)系和運動坐標(biāo)系，通過對 UUV運動特性和受力的分析，建立了 UUV的空間運動學(xué)與動力學(xué)模型。
　　其次，引入 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，在水聲通信數(shù)據(jù)丟失時，通過對母船歷史航跡點的學(xué)習(xí)，實現(xiàn)對丟失航跡點表示的母船位置的修復(fù)。考慮到U

3、UV獲得的母船航跡點的信息量較少且存在外界干擾，引入了灰色 RBF方法，利用灰色生成過程，弱化母船位置數(shù)據(jù)內(nèi)部的隨機(jī)性，強(qiáng)化其內(nèi)在的規(guī)律性，再采用 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對灰色數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和估計，最后通過白化過程獲得對丟失的母船位置的較高精度的修復(fù)值。采用基于蟻群算法的連續(xù)空間多目標(biāo)優(yōu)化方法，設(shè)計了UUV在已知的母船相鄰兩航跡點之間的能耗最優(yōu)和航向最優(yōu)平滑軌跡規(guī)劃方法，進(jìn)而得到UUV對母船航跡點跟蹤的最優(yōu)導(dǎo)引律，最終將問題轉(zhuǎn)換成了UUV對規(guī)劃的

4、最優(yōu)軌跡的跟蹤問題。
　　再次，基于Backstepping方法和Lyapunov穩(wěn)定性理論，設(shè)計了UUV對規(guī)劃軌跡的跟蹤控制器。通過設(shè)計虛擬中間控制量，將對UUV在橫向和垂向位置跟蹤誤差的鎮(zhèn)定轉(zhuǎn)換成了對虛擬控制量的鎮(zhèn)定，可以有效地避免傳統(tǒng)反步法設(shè)計的控制器存在奇異值的問題。推導(dǎo)出了 UUV對規(guī)劃的最優(yōu)軌跡的跟蹤誤差方程，設(shè)計了 UUV軌跡跟蹤控制器，將 UUV對規(guī)劃軌跡的跟蹤控制轉(zhuǎn)換成對 UUV航速、縱傾和艏向的控制，并證明了該