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《自主水面船編隊(duì)控制研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、分類號：密級：UDC：編號：工學(xué)博士學(xué)位論文自主水面船編隊(duì)控制研究博士研究生：馬俊達(dá)指導(dǎo)教師：朱齊丹教授學(xué)科、專業(yè)：控制科學(xué)與工程哈爾濱工程大學(xué)2018年4月分類號：密級：UDC：編號：工學(xué)博士學(xué)位論文自主水面船編隊(duì)控制研究博士研究生：馬俊達(dá)指導(dǎo)教師：朱齊丹教授學(xué)位級別：工學(xué)博士學(xué)科、專業(yè)：控制科學(xué)與工程所在單位：自動化學(xué)院論文提交日期：2018年4月論文答辯日期：2018年6月學(xué)位授予單位：哈爾濱工程大學(xué)ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofD.EngR
2、esearchonFormationControlofAutonomousSurfaceVehiclesCandidate:JundaMaSupervisor:Prof.QidanZhuAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:ControlScienceandEngineeringDateofSubmission:April2018DateofOralExamination:June2018University:HarbinEngineeringU
3、niversity哈爾濱工程大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本論文的所有工作，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，由作者本人獨(dú)立完成的。有關(guān)觀點(diǎn)、方法、數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)的引用已在文中指出，并與參考文獻(xiàn)相對應(yīng)。除文中已注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開發(fā)表的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者（簽字）：日期：年月日哈爾濱工程大學(xué)學(xué)位論文授權(quán)使用聲明本人完全了解學(xué)校保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)的有關(guān)規(guī)定，即研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)屬于
4、哈爾濱工程大學(xué)。哈爾濱工程大學(xué)有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件。本人允許哈爾濱工程大學(xué)將論文的部分或全部內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文，可以公布論文的全部內(nèi)容。同時(shí)本人保證畢業(yè)后結(jié)合學(xué)位論文研究課題再撰寫的論文一律注明作者第一署名單位為哈爾濱工程大學(xué)。涉密學(xué)位論文待解密后適用本聲明。本論文（□在授予學(xué)位后即可□在授予學(xué)位12個(gè)月后□解密后）由哈爾濱工程大學(xué)送交有關(guān)部門進(jìn)行保存、匯編等。作者（簽字）：導(dǎo)師（簽字）：日期：年月日年月日自主水面船編隊(duì)控制研究
5、摘要近些年來，海洋資源正日益得到人們的重視，為此各國科學(xué)家都加大了對海洋裝備的研究，力求在海洋資源勘探與開發(fā)領(lǐng)域中占據(jù)制高點(diǎn)。在眾多的海洋裝備中，自主水面船（autonomoussurfacevehicle，ASV）由于其具有活動范圍廣、成本低、自主能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)正越來越受到各國科學(xué)家的重視。盡管ASV相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速，但單個(gè)船體魯棒性較差，且不適合大范圍區(qū)域的活動。因此，在實(shí)際應(yīng)用中常常需要多艘ASV相互協(xié)調(diào)，共同實(shí)現(xiàn)特定的目標(biāo)。與單個(gè)船相比，多ASV通過編隊(duì)實(shí)現(xiàn)協(xié)同作業(yè)具有效率高、容錯(cuò)性強(qiáng)以及適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本文
6、分別以全驅(qū)動ASV與欠驅(qū)動ASV為研究對象，結(jié)合了圖論相關(guān)知識、非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性理論、動態(tài)面控制技術(shù)、滑模控制技術(shù)以及指令濾波技術(shù)等為基礎(chǔ)對ASV編隊(duì)控制展開了深入研究，其主要工作包含以下幾個(gè)方面：（1）為解決全驅(qū)動ASV在外界干擾下的編隊(duì)控制問題，分別提出了無領(lǐng)導(dǎo)者編隊(duì)控制策略、領(lǐng)導(dǎo)者-跟隨者編隊(duì)控制策略以及多領(lǐng)導(dǎo)者編隊(duì)控制策略。首先在前兩種控制策略的設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)一個(gè)非線性擾動觀測器來在線估計(jì)外界擾動；然后以觀測器的輸出為補(bǔ)償項(xiàng)并結(jié)合動態(tài)面控制技術(shù)以及圖論相關(guān)知識設(shè)計(jì)控制策略來實(shí)現(xiàn)全驅(qū)動ASV的魯棒編隊(duì)控制。此外，
7、針對多領(lǐng)導(dǎo)者魯棒控制問題，首先結(jié)合有限時(shí)間穩(wěn)定性理論提出了一個(gè)具有有限時(shí)間收斂特性的擾動觀測器；然后與上兩種控制設(shè)計(jì)類似，結(jié)合包容控制理論知識以及動態(tài)面控制技術(shù)設(shè)計(jì)了一種魯棒包容控制策略，解決了多領(lǐng)導(dǎo)者的編隊(duì)控制問題；最后，結(jié)合Lyapunov穩(wěn)定性理論證明閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性。（2）為解決欠驅(qū)動ASV在外界干擾以及水動力參數(shù)不確定情況下魯棒編隊(duì)控制問題，提出了一個(gè)基于上下界滑模的魯棒編隊(duì)控制策略。該控制策略借鑒“點(diǎn)對點(diǎn)”導(dǎo)航理論將編隊(duì)控制問題轉(zhuǎn)化為位置跟蹤誤差與艏向角跟蹤誤差的協(xié)同一致問題。首先，在運(yùn)動學(xué)回路中利用圖論
8、知識設(shè)計(jì)了具有飽和特性的虛擬控制律；然后在動力學(xué)回路設(shè)計(jì)中通過設(shè)計(jì)實(shí)際控制輸入使得船的側(cè)向速度與艏向角速度能夠跟蹤器相應(yīng)的虛擬控制律；最后借鑒級聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性理論證明了閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性。此外，本文在上一算法的基礎(chǔ)上有提出了一個(gè)基于通信延時(shí)的魯棒編隊(duì)控制策略。仿真結(jié)果證明算法在通信延時(shí)與外界干擾的情況下仍然有效。（3）為解決欠驅(qū)動ASV在外界干擾以及水動力參數(shù)不確
