空间曲线路径跟踪控制是欠驱动自治水下机器人(UUV or AUV:Unmanned Underwater Vehicle or Autonomous Underwater Vehicle)完成海底探测、海底管道监测和光缆维护等使命任务的重要技术保障。本课题针对欠驱动UUV的非完整约束特性,考虑其动力学模型的非线性、各自由度之间的耦合性、水动力参数的不确定性以及存在非定常海流干扰的特点,对滑模控制理论在欠驱动UUV空间曲线路径跟踪控制中的应用进行了深入的研究,主要研究内容有以下四部分:
第一部分:针对某型UUV对其运动与建模问题展开研究并对该系统模型进行控制特性分析。
首先,为完善欠驱动UUV空间六自由度运动模型,建立执行机构的非线性数学模型和海流干扰模型。该运动模型不仅包含艇体水动力的非线性项和耦合性项,而且考虑了执行机构的饱和特性和海流干扰下的平衡点特性,从而提高了数字化仿真模型的精确性,操纵性仿真实验验证了所建立的欠驱动UUV运动模型的正确性。
其次,针对欠驱动UUV运动模型,基于非完整系统理论和微分几何方法,证明欠驱动UUV属于二阶非完整系统,并且具有小时间局部可控性。该系统的特...
【英文摘要】
The spatial curvilinear path following control is the essential basis of underactuated Unmanned Underwater Vehicle's (UUV) mission implement, such as seabed survey, submarine pipeline monitoring, and cable maintenance. This paper deals with the characteristics of nonholonomic restriction for underactuated UUV, considering the nonlinear of dynamic motion, the dynamic coupling between the degrees of freedom, the uncertainties of hydrodynamic and unsteady ocean current disturbance. Sliding mode control theory ...