基于自適應動態(tài)面控制的自主海洋航行器協同路徑跟蹤.pdf

1、近年來，隨著海洋科學技術的發(fā)展，自主海洋航行器的工作方式已經由原來的單一作業(yè)方式發(fā)展為協同編隊作業(yè)方式。多個自主海洋航行器協同合作可以完成單一個體無法完成的任務。因此，研究多個自主海洋航行器的協同路徑跟蹤控制問題具有重要的實際意義。本文以全驅動自主海洋航行器和欠驅動自主海洋航行器作為研究對象，結合非線性系統(tǒng)理論、圖論、動態(tài)面設計技術、神經網絡自適應技術、狀態(tài)反饋和輸出反饋等理論工具。考慮系統(tǒng)中存在的不確定性、控制器結構復雜性、狀態(tài)變量不

2、可測、系統(tǒng)外部存在擾動和控制信號輸入飽和問題等。主要的研究工作包括以下幾個方面:
　　第一，針對含有不確定性和環(huán)境擾動的自主海洋航行器的協同路徑跟蹤控制問題，結合動態(tài)面控制技術分別對全驅動自主海洋航行器和欠驅動自主海洋航行器進行協同路徑跟蹤控制器設計，利用神經網絡對系統(tǒng)中存在的不確定性及環(huán)境擾動部分進行在線逼近，提出了一種基于自適應動態(tài)面方法的協同路徑跟蹤控制策略。 Lyapunov穩(wěn)定性分析證明了閉環(huán)系統(tǒng)是半全局一致最終有界的。

3、仿真結果表明了所給出控制算法的有效性。
　　第二，考慮實際中自主海洋航行器由于技術或復雜環(huán)境干擾等原因致使的航速不容易精確測量的問題，采用輸出反饋方法，通過利用自主海洋航行器的位置測量值獲得反饋控制器所需要的速度估計值，進而進行控制器設計。同時結合動態(tài)面控制技術，并利用神經網絡對系統(tǒng)中存在的不確定性部分進行在線逼近，研究了基于觀測器的自適應動態(tài)面的協同路徑跟蹤控制器設計問題。通過Lyapunov穩(wěn)定性分析證明了協同路徑跟蹤誤差可以

4、收斂到原點附近很小的鄰域內，仿真結果表明了所給出控制算法的有效性。
　　第三，針對欠驅動自主海洋航行器，考慮了系統(tǒng)外部存在擾動的問題，設計了一種濾波神經網絡自適應律。這種自適應方法具有低頻學習的能力，能夠過濾掉擾動中的高頻分量并對擾動中的低頻部分進行很好的學習，使得采用常規(guī)自適應方法對系統(tǒng)不確定性部分進行補償而可能使控制信號產生高頻振蕩的問題得到解決，有利于工程實現。Lyapunov穩(wěn)定性分析證明了閉環(huán)系統(tǒng)是半全局一致最終有界的。

5、仿真結果表明了所給出控制算法的有效性。
　　第四，考慮了自主海洋航行器的控制信號輸入飽和問題。分別針對全驅動和欠驅動自主海洋航行器，采用輔助系統(tǒng)進行控制器設計，研究了一種含抗飽和控制結構的協同路徑跟蹤控制算法，使得控制信號即使在輸入飽和的情況下也能夠實現很好的控制效果。同時，引入了一種分布式速度估計策略，去掉了期望速度全局已知的假設條件，大大地減少了信息通訊量。Lyapunov穩(wěn)定性分析證明了閉環(huán)系統(tǒng)是半全局一致最終有界的。仿真結