面向近水面觀測(cè)任務(wù)的UUV自適應(yīng)動(dòng)態(tài)控位方法研究.pdf

1、UUV在近水面執(zhí)行觀測(cè)任務(wù)的過(guò)程中，利用觀測(cè)天線在目標(biāo)觀測(cè)點(diǎn)獲取觀測(cè)數(shù)據(jù)。為了保證UUV觀測(cè)任務(wù)的高質(zhì)量，就需要UUV能夠在外界環(huán)境擾動(dòng)下保持在目標(biāo)觀測(cè)點(diǎn)處，并且保持一個(gè)期望的艏向角，即UUV需要有動(dòng)態(tài)控位的能力。本文在UUV近水面受到的海浪的干擾、觀測(cè)天線升起使UUV產(chǎn)生不平衡力的干擾下，展開(kāi)UUV自適應(yīng)動(dòng)態(tài)控位方法研究。
　　本文首先對(duì)UUV觀測(cè)作業(yè)過(guò)程模型進(jìn)行描述，分析觀測(cè)時(shí)受到的干擾。把 UUV在近水面執(zhí)行觀測(cè)任務(wù)的具體流

2、程分解成：UUV水下航行、觀測(cè)準(zhǔn)備、定點(diǎn)觀測(cè)、機(jī)動(dòng)觀測(cè)、結(jié)束觀測(cè)，確定要研究的任務(wù)階段為定點(diǎn)觀測(cè)與機(jī)動(dòng)觀測(cè)；建立UUV的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，以及UUV的推力分配方法；同時(shí)對(duì) UUV受到的外界環(huán)境干擾、內(nèi)部不平衡力干擾進(jìn)行分析，分析浮力均衡系統(tǒng)的具體作用；然后以一觀測(cè)型UUV為研究對(duì)象，對(duì)其操縱性進(jìn)行仿真驗(yàn)證。其次，為防止有海浪干擾的狀態(tài)信息輸入到控制回路當(dāng)中，設(shè)計(jì)海浪濾波器。根據(jù)海浪干擾的特點(diǎn)，建立UUV在海浪干擾下的高低頻疊加運(yùn)動(dòng)模型

3、；基于非線性無(wú)源理論設(shè)計(jì)海浪濾波器，針對(duì)于濾波器模型中存在不確定性，添加位置和艏向的估計(jì)誤差為滑模面函數(shù)，并且設(shè)計(jì)自適應(yīng)增益減小由于滑模面函數(shù)帶來(lái)的系統(tǒng)抖振，證明所設(shè)計(jì)的海浪濾波器穩(wěn)定性。由于海浪濾波器中存在海浪遭遇頻率這個(gè)不可測(cè)的參數(shù)，先利用譜估計(jì)方法估計(jì)出海浪遭遇頻率。為了驗(yàn)證海浪濾波器的有效性，在不同海浪遭遇頻率下，對(duì)UUV的海浪高頻干擾進(jìn)行濾波仿真。再次，針對(duì)不平衡力干擾下的UUV動(dòng)態(tài)控位，提出縱傾綜合調(diào)節(jié)方法以及水平面動(dòng)態(tài)控位

4、方法。設(shè)計(jì)浮力均衡系統(tǒng)與縱傾控制器相結(jié)合的綜合調(diào)節(jié)方法，對(duì)縱傾角進(jìn)行調(diào)節(jié)。然后，基于反步法設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)控位控制器，并且在設(shè)計(jì)的控制律中增加滑模面函數(shù)，增加系統(tǒng)對(duì)外界擾動(dòng)的魯棒性。最后將自適應(yīng)海浪濾波器與所設(shè)計(jì)的控制器綜合后的系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，并且在無(wú)海浪干擾下以UUV的機(jī)動(dòng)形式的動(dòng)態(tài)控位為案例，驗(yàn)證反步滑?？刂破鞯膬?yōu)良控制特性。最后，采用本文提出來(lái)的方法對(duì)UUV近水面觀測(cè)過(guò)程進(jìn)行仿真驗(yàn)證。將海浪濾波器、不平衡力綜合調(diào)節(jié)方法、反步滑模動(dòng)態(tài)控