《基於時空梯度耦合虛擬目標的欠驅動AUV航跡控制研究》是依託華中科技大學，由向先波擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於時空梯度耦合虛擬目標的欠驅動AUV航跡控制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：向先波
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
智慧型水下機器人是海洋探測和資源開發的重要工具，航跡控制是其關鍵技術之一，也是水下機器人能否順利完成各種作業任務的前提，而欠驅動水下機器人的本質非線性和二階非完整特性使其控制設計更具挑戰性。傳統的軌跡跟蹤控制受到時間域的限制，容易導致驅動器飽和以及產生非平滑的收斂軌跡；而空間域上的路徑跟隨控制又難以滿足時間緊迫任務的要求。本項目擬通過引入非奇異的協作式虛擬運動目標，基於耗散理論、反演設計等非線性控制技術，以梯度最優的方式在時空域融合路徑跟隨和軌跡跟蹤的優點，實現機器人在航跡空間域上的平滑收斂，同時保證系統在時域上的性能指標。通過採用魯棒自適應技術對未知海流的上界進行線上自適應估計，並結合Lyapunov合成技術，保證機器人閉環控制系統的魯棒性和穩定性。最後，分別通過半實物仿真、水池和開放水域試驗，對所提出的基於時空梯度耦合虛擬目標的欠驅動水下機器人航跡控制算法進行驗證和性能評估。
結題摘要
智慧型水下機器人是海洋探測和資源開發的重要工具，航跡控制是其關鍵技術之一，也是水下機器人能否順利完成各種作業任務的前提，而欠驅動水下機器人的本質非線性和二階非完整特性使其控制設計更具挑戰性。本課題基於欠驅動水下機器人的動力學模型特點，結合時空耦合虛擬目標特性，採用非線性控制技術完成了航跡跟蹤控制算法設計工作，為欠驅動水下機器人的運動控制技術提供了新的研究思路和方法。研究工作及其創新性主要體現為：(1)完成了基於AUV本體特性和執行機構模型的欠驅動AUV動力學建模工作；(2)在考慮欠驅動AUV測漂角特性的基礎上，結合時空耦合虛擬目標的協作式運動特性，採用Lyapunov直接法和Backstepping反演控制技術完成了非線性航跡跟蹤運動控制算法設計；(3)最後，通過全數字仿真實驗、半實物仿真實驗和水池試驗，對欠驅動AUV系統模型和運動控制算法進行了驗證和性能評估。上述系統建模-算法設計-仿真試驗等一體化的研究流程，驗證了本項目研究工作的有效性，為欠驅動AUV航跡跟蹤控制提供了重要的理論依據和實驗經驗，具有較高的理論價值和套用前景。
