《海洋機器人運動控制技術》是2019年09月01日科學出版社出版的圖書，作者是周煥銀、劉開周、封錫盛。
基本介紹
- 書名：海洋機器人運動控制技術
- 作者：周煥銀、劉開周、封錫盛
- ISBN：9787508856148
- 頁數：215
- 定價：116.00元
- 出版社：科學出版社
- 出版時間：2019年09月01日
- 裝幀：平脊精裝
- 開本：B5
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書針對自主水下機器人系統運動的特點介紹PID控制法、狀態反饋控制法、滑模控制法、多模型控制法等設計過程，並針對兩種類型的UMV（AUV與USV）系統設計對應的控制策略，解決這兩類系統在湖泊試驗與海洋試驗過程中出現的控制品質差、耦合項間相互干擾等問題。
圖書目錄
叢書前言一
叢書前言二
前言
1 緒論 1
1.1 引言 1
1.1.1 UMV運動模型的特點 4
1.1.2 UMV運動控制技術研究現狀 5
1.2 多模型控制及其在UMV中的套用 7
1.3 本書內容安排 9
參考文獻 10
2 UMV運動模型 15
2.1 UMV運動控制模型特點 15
2.2 UMV運動控制模型的設定 16
2.2.1 UMV運動學模型 16
2.2.2 UMV動力學模型 18
2.3 海洋機器人運動控制模型的簡化 21
2.3.1 縱向速度運動模型 22
2.3.2 航向運動模型 22
2.3.3 深度控制模型 24
2.4 本章小結 27
參考文獻 27
3 UMV基本運動控制策略簡介 30
3.1 PID控制策略簡介 30
3.1.1 PID控制器概述 30
3.1.2 PID控制器控制特點總結 34
3.1.3 系統控制品質與PID控制參數調整 35
3.1.4 自整定PID控制器概述 38
3.1.5 海洋機器人PID控制器設計 42
3.2 狀態反饋控制策略簡介 43
3.2.1 狀態反饋基本概論 44
3.2.2 狀態反饋控制的極點配置 50
3.2.3 狀態反饋在海洋機器人中的套用 57
3.3 滑模控制策略簡介 62
3.3.1 滑模控制設計 63
3.3.2 線性不確定系統滑模控制策略 69
3.3.3 非線性系統滑模控制策略 73
3.3.4 滑模面抖動問題研究 76
3.3.5 滑模控制策略在UMV系統運動中的套用 77
3.4 本章小結 80
參考文獻 80
4 UMV多模型控制技術及其最佳化 83
4.1 多模型控制技術國內外研究現狀 83
4.2 多模型控制技術基礎理論 85
4.2.1 模型集的構建 86
4.2.2 切換策略的設定 86
4.2.3 控制器間的轉換與最佳化 87
4.3 基於權值設定的線性多模型切換 87
4.3.1 多模型切換過程中權值範圍的設定 87
4.3.2 基於UMV的多模型控制 91
4.3.3 基於權值設定的加權多模型切換流程 94
4.4 基於控制策略設定的非線性多模型最佳化切換 99
4.4.1 基於加權因子的非線性多模型切換 99
4.4.2 非線性多模型控制策略 100
4.4.3 UMV運動控制模型特點 102
4.5 基於能量函式的非完全同態多模型最佳化切換 105
4.5.1 UMV運動控制模型的特點 105
4.5.2 非完全同態多模型切換穩定定義 105
4.5.3 基於狀態變數減少的多模型切換策略 107
4.5.4 狀態變數增加的非完全同態多模型切換 110
4.5.5 數字仿真實驗分析 111
4.6 本章小結 114
參考文獻 114
5 AUV運動控制技術仿真分析 118
5.1 基於神經網路補償的AUV動態反饋控制 118
5.1.1 AUV運動軌跡誤差模型 119
5.1.2 所研究AUV運動控制模型的特點 123
5.1.3 半物理仿真驗證 124
5.2 基於AUV運動控制的狀態反饋滑模控制法 127
5.2.1 基於SFSMC的AUV控制模型設定 128
5.2.2 基於AUV運動模型的動態狀態反饋控制策略 129
5.2.3 AUV各控制模型控制律設計 131
5.2.4 基於SFSMC的AUV仿真 132
5.3 基於AUV運動控制的控制器集線上最佳化 135
5.3.1 AUV運動模型的多模型控制庫 135
5.3.2 AUV多模型控制庫的描述 137
5.3.3 基於AUV運動的多模型控制庫仿真驗證 138
5.4 本章小結 142
參考文獻 142
6 USV系統運動控制及其外場試驗 145
6.1 USV系統（BQ-01）簡介 145
6.2 多辨識模型切換動態反饋USV湖泊試驗航向運動控制 147
6.2.1 BQ-01系統航向辨識模型 148
6.2.2 USV系統航向辨識模型參數估計與篩選函式的構建 148
6.2.3 BQ-01系統航向運動臨時模型集的構建 150
6.2.4 基於USV航向運動的動態反饋控制策略 151
6.2.5 基於辨識模型集的控制切換策略 152
6.2.6 USV航向湖泊試驗驗證及其分析 154
6.2.7 USV系統湖泊試驗航向控制小結 155
6.3 辨識模型集動態滑模控制在USV系統深度控制中的研究 156
6.3.1 基於USV深度模型的平均擬合偏差的最小二乘算法設計 157
6.3.2 深度控制模型參數估計與臨時模型集構建 159
6.3.3 USV多動態滑模控制法及其切換策略 162
6.3.4 系統湖泊試驗數據分析 165
6.3.5 USV系統湖泊試驗深度控制小結 167
6.4 基於線上最佳化PID控制律的USV航向海洋試驗 167
6.4.1 基於USV航向模型的線上自最佳化PID控制律構建 169
6.4.2 USV航向控制試驗數據分析 172
6.5 基於動態反饋控制的USV深度控制海洋試驗數據分析 175
6.6 本章小結 177
參考文獻 177
7 基於多模型最佳化切換的AUV外場試驗 181
7.1 非完全同態動態滑模控制在AUV深度控制中的研究 182
7.1.1 湖泊試驗中AUV垂直面運動模型 183
7.1.2 基於狀態變數增減的多模型切換策略 184
7.1.3 湖泊試驗過程中AUV垂直面運動控制策略及其切換策略 189
7.2 非完全同態動態反饋控制在AUV航向控制中的研究 192
7.3 切換策略設定及其不同型號AUV切換 194
7.4 AUV湖泊試驗數據分析 194
7.4.1 基於多模型動態反饋的航向控制試驗驗證（AUV-Ⅰ） 195
7.4.2 基於多模型動態滑模控制的深度控制試驗驗證（AUV-Ⅰ） 198
7.4.3 控制模組通用性驗證 200
7.5 基於PID的AUV運動湖泊試驗數據分析 201
7.6 本章小結 203
參考文獻 205
8 總結 208
附錄六 自由度動力學方程 211
索引 213
彩圖
叢書前言二
前言
1 緒論 1
1.1 引言 1
1.1.1 UMV運動模型的特點 4
1.1.2 UMV運動控制技術研究現狀 5
1.2 多模型控制及其在UMV中的套用 7
1.3 本書內容安排 9
參考文獻 10
2 UMV運動模型 15
2.1 UMV運動控制模型特點 15
2.2 UMV運動控制模型的設定 16
2.2.1 UMV運動學模型 16
2.2.2 UMV動力學模型 18
2.3 海洋機器人運動控制模型的簡化 21
2.3.1 縱向速度運動模型 22
2.3.2 航向運動模型 22
2.3.3 深度控制模型 24
2.4 本章小結 27
參考文獻 27
3 UMV基本運動控制策略簡介 30
3.1 PID控制策略簡介 30
3.1.1 PID控制器概述 30
3.1.2 PID控制器控制特點總結 34
3.1.3 系統控制品質與PID控制參數調整 35
3.1.4 自整定PID控制器概述 38
3.1.5 海洋機器人PID控制器設計 42
3.2 狀態反饋控制策略簡介 43
3.2.1 狀態反饋基本概論 44
3.2.2 狀態反饋控制的極點配置 50
3.2.3 狀態反饋在海洋機器人中的套用 57
3.3 滑模控制策略簡介 62
3.3.1 滑模控制設計 63
3.3.2 線性不確定系統滑模控制策略 69
3.3.3 非線性系統滑模控制策略 73
3.3.4 滑模面抖動問題研究 76
3.3.5 滑模控制策略在UMV系統運動中的套用 77
3.4 本章小結 80
參考文獻 80
4 UMV多模型控制技術及其最佳化 83
4.1 多模型控制技術國內外研究現狀 83
4.2 多模型控制技術基礎理論 85
4.2.1 模型集的構建 86
4.2.2 切換策略的設定 86
4.2.3 控制器間的轉換與最佳化 87
4.3 基於權值設定的線性多模型切換 87
4.3.1 多模型切換過程中權值範圍的設定 87
4.3.2 基於UMV的多模型控制 91
4.3.3 基於權值設定的加權多模型切換流程 94
4.4 基於控制策略設定的非線性多模型最佳化切換 99
4.4.1 基於加權因子的非線性多模型切換 99
4.4.2 非線性多模型控制策略 100
4.4.3 UMV運動控制模型特點 102
4.5 基於能量函式的非完全同態多模型最佳化切換 105
4.5.1 UMV運動控制模型的特點 105
4.5.2 非完全同態多模型切換穩定定義 105
4.5.3 基於狀態變數減少的多模型切換策略 107
4.5.4 狀態變數增加的非完全同態多模型切換 110
4.5.5 數字仿真實驗分析 111
4.6 本章小結 114
參考文獻 114
5 AUV運動控制技術仿真分析 118
5.1 基於神經網路補償的AUV動態反饋控制 118
5.1.1 AUV運動軌跡誤差模型 119
5.1.2 所研究AUV運動控制模型的特點 123
5.1.3 半物理仿真驗證 124
5.2 基於AUV運動控制的狀態反饋滑模控制法 127
5.2.1 基於SFSMC的AUV控制模型設定 128
5.2.2 基於AUV運動模型的動態狀態反饋控制策略 129
5.2.3 AUV各控制模型控制律設計 131
5.2.4 基於SFSMC的AUV仿真 132
5.3 基於AUV運動控制的控制器集線上最佳化 135
5.3.1 AUV運動模型的多模型控制庫 135
5.3.2 AUV多模型控制庫的描述 137
5.3.3 基於AUV運動的多模型控制庫仿真驗證 138
5.4 本章小結 142
參考文獻 142
6 USV系統運動控制及其外場試驗 145
6.1 USV系統（BQ-01）簡介 145
6.2 多辨識模型切換動態反饋USV湖泊試驗航向運動控制 147
6.2.1 BQ-01系統航向辨識模型 148
6.2.2 USV系統航向辨識模型參數估計與篩選函式的構建 148
6.2.3 BQ-01系統航向運動臨時模型集的構建 150
6.2.4 基於USV航向運動的動態反饋控制策略 151
6.2.5 基於辨識模型集的控制切換策略 152
6.2.6 USV航向湖泊試驗驗證及其分析 154
6.2.7 USV系統湖泊試驗航向控制小結 155
6.3 辨識模型集動態滑模控制在USV系統深度控制中的研究 156
6.3.1 基於USV深度模型的平均擬合偏差的最小二乘算法設計 157
6.3.2 深度控制模型參數估計與臨時模型集構建 159
6.3.3 USV多動態滑模控制法及其切換策略 162
6.3.4 系統湖泊試驗數據分析 165
6.3.5 USV系統湖泊試驗深度控制小結 167
6.4 基於線上最佳化PID控制律的USV航向海洋試驗 167
6.4.1 基於USV航向模型的線上自最佳化PID控制律構建 169
6.4.2 USV航向控制試驗數據分析 172
6.5 基於動態反饋控制的USV深度控制海洋試驗數據分析 175
6.6 本章小結 177
參考文獻 177
7 基於多模型最佳化切換的AUV外場試驗 181
7.1 非完全同態動態滑模控制在AUV深度控制中的研究 182
7.1.1 湖泊試驗中AUV垂直面運動模型 183
7.1.2 基於狀態變數增減的多模型切換策略 184
7.1.3 湖泊試驗過程中AUV垂直面運動控制策略及其切換策略 189
7.2 非完全同態動態反饋控制在AUV航向控制中的研究 192
7.3 切換策略設定及其不同型號AUV切換 194
7.4 AUV湖泊試驗數據分析 194
7.4.1 基於多模型動態反饋的航向控制試驗驗證（AUV-Ⅰ） 195
7.4.2 基於多模型動態滑模控制的深度控制試驗驗證（AUV-Ⅰ） 198
7.4.3 控制模組通用性驗證 200
7.5 基於PID的AUV運動湖泊試驗數據分析 201
7.6 本章小結 203
參考文獻 205
8 總結 208
附錄六 自由度動力學方程 211
索引 213
彩圖
