水下機器人狀態(tài)反饋廣義預測解耦控制技術研究.pdf

1、水下機器人運動控制技術是水下機器人研究的基礎和關鍵技術，其中運動解耦控制技術是水下機器人運動控制技術研究的重要內(nèi)容，對水下機器人智能化水平的提高具有重要的研究意義和實用價值。
　　 本文在研究該領域國內(nèi)外相關文獻的基礎上，針對舵槳聯(lián)控型水下機器人，以“海鷁”號為研究對象，圍繞三自由度動力學模型、模型的耦合特性、在線辨識、解耦控制等水下機器人非線性系統(tǒng)解耦控制技術進行了相關的研究工作。
　　 針對舵槳聯(lián)控型水下機器人動力學

2、建模問題，分析了“海鷁”號水下機器人各自由之間存在耦合的原因，根據(jù)牛頓一歐拉方程推導水下機器人動力學方程，基于“海鷁”號的結構與運動特點進行動力學模型簡化，得到“海鷁”號水下機器人縱向、橫向、艏向三個方向反映耦合關系的動力學模型。本文采取保留縱向動力學模型中的艏向與橫向速度代數(shù)乘積做作為縱向速度與橫向及艏向速度之間耦合的作用項，橫向與艏向模型中分別保留縱向與艏向及縱向與橫向速度代數(shù)乘積做為耦合作用項等辦法處理耦合問題。對動力學模型耦合特

3、性進行了仿真分析和驗證。
　　 針對動力學模型在線辨識問題，考慮到水下機器人獲取外部環(huán)境信息與自身狀態(tài)信息都存在較大的不確定性，本文引入卡爾曼濾波在線參數(shù)估計方法，采用遞推策略進行參數(shù)擬合，在數(shù)據(jù)量較小的情況下依然可以進行參數(shù)估計。在此基礎上，本文提出一種基于Lyapunov函數(shù)切換準則的在線模型切換方法，以滾動樣本的在線參數(shù)估計為基礎，基于切換條件進行在線模型切換。對該方法的穩(wěn)定性和輸出誤差一致趨近性問題進行了理論分析和實驗研

4、究，實驗結果表明，該方法在有外部干擾情況下可提高模型在線辨識精度。
　　 針對水下機器人解耦控制問題，本文引入狀態(tài)反饋和廣義預測控制相結合的解耦控制算法，提出一種模型切換的狀態(tài)反饋廣義預測解耦控制方法，以狀態(tài)反饋結合輸入變化的方法建立系統(tǒng)的解耦補償網(wǎng)絡，在線實時求解狀態(tài)反饋與輸入變換矩陣，進行縱向與艏向速度的解耦，以廣義預測控制算法結合系統(tǒng)的具體性能指標要求對解耦后的單輸入單輸出子系統(tǒng)進行控制，該方法在狀態(tài)反饋的基礎上進一步融入