海洋機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)

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(yùn)動(dòng)模型的特點(diǎn) 4
1.1.2 UMV運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究現(xiàn)狀 5
1.2 多模型控制及其在UMV中的應(yīng)用 7
1.3 本書內(nèi)容安排 9
參考文獻(xiàn) 10
2 UMV運(yùn)動(dòng)模型 15
2.1 UMV運(yùn)動(dòng)控制模型特點(diǎn) 15
2.2 UMV運(yùn)動(dòng)控制模型的設(shè)置 16
2.2.1 UMV運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 16
2.2.2 UMV動(dòng)力學(xué)模型 18
2.3 海洋機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制模型的簡化 21
2.3.1 縱向速度運(yùn)動(dòng)模型 22
2.3.2 航向運(yùn)動(dòng)模型 22
2.3.3 深度控制模型 24
2.4 本章小結(jié) 27
參考文獻(xiàn) 27
3 UMV基本運(yùn)動(dòng)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(diǎn)總結(jié) 34
3.1.3 系統(tǒng)控制品質(zhì)與PID控制參數(shù)調(diào)整 35
3.1.4 自整定PID控制器概述 38
3.1.5 海洋機(jī)器人PID控制器設(shè)計(jì) 42
3.2 狀態(tài)反饋控制策略簡介 43
3.2.1 狀態(tài)反饋基本概論 44
3.2.2 狀態(tài)反饋控制的極點(diǎn)配置 50
3.2.3 狀態(tài)反饋在海洋機(jī)器人中的應(yīng)用 57
3.3 滑模控制策略簡介 62
3.3.1 滑?？刂圃O(shè)計(jì) 63
3.3.2 線性不確定系統(tǒng)滑?？刂撇呗?nbsp;69
3.3.3 非線性系統(tǒng)滑模控制策略 73
3.3.4 滑模面抖動(dòng)問題研究 76
3.3.5 滑?？刂撇呗栽赨MV系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用 77
3.4 本章小結(jié) 80
參考文獻(xiàn) 80
4 UMV多模型控制技術(shù)及其優(yōu)化 83
4.1 多模型控制技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 83
4.2 多模型控制技術(shù)基礎(chǔ)理論 85
4.2.1 模型集的構(gòu)建 86
4.2.2 切換策略的設(shè)置 86
4.2.3 控制器間的轉(zhuǎn)換與優(yōu)化 87
4.3 基于權(quán)值設(shè)置的線性多模型切換 87
4.3.1 多模型切換過程中權(quán)值范圍的設(shè)置 87
4.3.2 基于UMV的多模型控制 91
4.3.3 基于權(quán)值設(shè)置的加權(quán)多模型切換流程 94
4.4 基于控制策略設(shè)置的非線性多模型優(yōu)化切換 99
4.4.1 基于加權(quán)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(yùn)動(dòng)控制模型特點(diǎn) 102
4.5 基于能量函數(shù)的非完全同態(tài)多模型優(yōu)化切換 105
4.5.1 UMV運(yùn)動(dòng)控制模型的特點(diǎn) 105
4.5.2 非完全同態(tài)多模型切換穩(wěn)定定義 105
4.5.3 基于狀態(tài)變量減少的多模型切換策略 107
4.5.4 狀態(tài)變量增加的非完全同態(tài)多模型切換 110
4.5.5 數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)分析 111
4.6 本章小結(jié) 114
參考文獻(xiàn) 114
5 AUV運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)仿真分析 118
5.1 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償?shù)腁UV動(dòng)態(tài)反饋控制 118
5.1.1 AUV運(yùn)動(dòng)軌跡誤差模型 119
5.1.2 所研究AUV運(yùn)動(dòng)控制模型的特點(diǎn) 123
5.1.3 半物理仿真驗(yàn)證 124
5.2 基于AUV運(yùn)動(dòng)控制的狀態(tài)反饋滑模控制法 127
5.2.1 基于SFSMC的AUV控制模型設(shè)置 128
5.2.2 基于AUV運(yùn)動(dòng)模型的動(dòng)態(tài)狀態(tài)反饋控制策略 129
5.2.3 AUV各控制模型控制律設(shè)計(jì) 131
5.2.4 基于SFSMC的AUV仿真 132
5.3 基于AUV運(yùn)動(dòng)控制的控制器集在線優(yōu)化 135
5.3.1 AUV運(yùn)動(dòng)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 基于AUV運(yùn)動(dòng)的多模型控制庫仿真驗(yàn)證 138
5.4 本章小結(jié) 142
參考文獻(xiàn) 142
6 USV系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制及其外場試驗(yàn) 145
6.1 USV系統(tǒng)（BQ-01）簡介 145
6.2 多辨識(shí)模型切換動(dòng)態(tài)反饋USV湖泊試驗(yàn)航向運(yùn)動(dòng)控制 147
6.2.1 BQ-01系統(tǒng)航向辨識(shí)模型 148
6.2.2 USV系統(tǒng)航向辨識(shí)模型參數(shù)估計(jì)與篩選函數(shù)的構(gòu)建 148
6.2.3 BQ-01系統(tǒng)航向運(yùn)動(dòng)臨時(shí)模型集的構(gòu)建 150
6.2.4 基于USV航向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)反饋控制策略 151
6.2.5 基于辨識(shí)模型集的控制切換策略 152
6.2.6 USV航向湖泊試驗(yàn)驗(yàn)證及其分析 154
6.2.7 USV系統(tǒng)湖泊試驗(yàn)航向控制小結(jié) 155
6.3 辨識(shí)模型集動(dòng)態(tài)滑?？刂圃赨SV系統(tǒng)深度控制中的研究 156
6.3.1 基于USV深度模型的平均擬合偏差的最小二乘算法設(shè)計(jì) 157
6.3.2 深度控制模型參數(shù)估計(jì)與臨時(shí)模型集構(gòu)建 159
6.3.3 USV多動(dòng)態(tài)滑?？刂品捌淝袚Q策略 162
6.3.4 系統(tǒng)湖泊試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 165
6.3.5 USV系統(tǒng)湖泊試驗(yàn)深度控制小結(jié) 167
6.4 基于在線優(yōu)化PID控制律的USV航向海洋試驗(yàn) 167
6.4.1 基于USV航向模型的在線自優(yōu)化PID控制律構(gòu)建 169
6.4.2 USV航向控制試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 172
6.5 基于動(dòng)態(tài)反饋控制的USV深度控制海洋試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 175
6.6 本章小結(jié) 177
參考文獻(xiàn) 177
7 基于多模型優(yōu)化切換的AUV外場試驗(yàn) 181
7.1 非完全同態(tài)動(dòng)態(tài)滑?？刂圃贏UV深度控制中的研究 182
7.1.1 湖泊試驗(yàn)中AUV垂直面運(yùn)動(dòng)模型 183
7.1.2 基于狀態(tài)變量增減的多模型切換策略 184
7.1.3 湖泊試驗(yàn)過程中AUV垂直面運(yùn)動(dòng)控制策略及其切換策略 189
7.2 非完全同態(tài)動(dòng)態(tài)反饋控制在AUV航向控制中的研究 192
7.3 切換策略設(shè)置及其不同型號(hào)AUV切換 194
7.4 AUV湖泊試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 194
7.4.1 基于多模型動(dòng)態(tài)反饋的航向控制試驗(yàn)驗(yàn)證（AUV-Ⅰ） 195
7.4.2 基于多模型動(dòng)態(tài)滑?？刂频纳疃瓤刂圃囼?yàn)驗(yàn)證（AUV-Ⅰ） 198
7.4.3 控制模塊通用性驗(yàn)證 200
7.5 基于PID的AUV運(yùn)動(dòng)湖泊試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 201
7.6 本章小結(jié) 203
參考文獻(xiàn) 205
8 總結(jié) 208
附錄六 自由度動(dòng)力學(xué)方程 211
索引 213
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