UUV對低速機動目標空間軌跡跟蹤控制研究.pdf

1、實現(xiàn)對水下低速機動目標空間軌跡的精確跟蹤，在UUV需要完成的諸多水下作業(yè)中都扮演著舉足輕重的作用。UUV通過自身所攜帶傳感器獲得的測量數據需要進行去除噪聲和平滑擬合等處理，從而為目標軌跡跟蹤控制器提供較為精確的輸入；設計能夠實現(xiàn)UUV對目標運動軌跡進行精確跟蹤，并對UUV系統(tǒng)模型參數的不確定性及外界擾動具有很強魯棒性的控制器，對于UUV在復雜多變的外界情況下完成各種具有挑戰(zhàn)性的任務具有關鍵意義。為此，本文針對UUV在水下低速機動目標空間

2、軌跡跟蹤控制方面存在的若干關鍵問題開展了如下研究：
　　首先，通過分析仿真對象的運動特性，并結合水下機器人的相關知識，建立了UUV的空間運動學和動力學模型。深入分析了水下低速機動目標的運動特點，建立了若干種能準確描述其典型運動的數學模型。
　　其次，考慮到由于傳感器制作工藝而導致的系統(tǒng)誤差以及UUV內外部環(huán)境中存在的各種擾動，使得UUV通過傳感器獲取關于跟蹤目標以及自身的測量數據（包括位置、姿態(tài)、速度等信息）時總是包含很大的

3、噪聲信號，首先采用小波閾值去噪法對傳感器測量數據進行第一次預處理，濾除與真實信號頻率區(qū)別較為明顯的噪聲；然后采用粒子濾波對傳感器數據進行再處理，進一步去除與真實信號頻率較為接近的噪聲。針對上述數據預處理方法，分別設計了仿真實驗來驗證其可行性。
　　再次，考慮到目標軌跡跟蹤過程中存在的系統(tǒng)模型參數不確定、外界環(huán)境中存在的海流干擾以及位置和姿態(tài)控制中出現(xiàn)的超調量過大等情況，設計了同時含有內控制環(huán)和外控制環(huán)的雙閉環(huán)非奇異Terminal

4、滑模（NTSM）軌跡跟蹤控制器。該控制器在外環(huán)中根據UUV和水下低速機動目標的位置和姿態(tài)跟蹤誤差設計出參考速度，作為外環(huán)的虛擬控制律；同時在內環(huán)中設計非奇異Terminal滑模控制器，作為內環(huán)的控制器，并將外環(huán)中產生的參考速度作為虛擬的跟蹤目標。最后根據 Lyapunov理論以及相關定理，對該控制器的穩(wěn)定性進行了分析。
　　最后，將UUV通過傳感器測得的跟蹤目標運動狀態(tài)信息、數據預處理方法和目標軌跡跟蹤控制器進行結合，基于Matl