一类低速水下航行器的自适应反演运动控制

针对一类安装了垂向推进器的低速水下航行器,研究了垂直面内的非线性运动控制问题.考虑水下航行器动力学模型中的未知参数,采用反演技术设计非线性自适应控制器,使水下航行器的深度和俯仰角全局渐近稳定到期望值.利用REMUS水下航行器的数学模型进行仿真研究,结果验证了该控制器的全局渐近稳定性,以及对未知模型参数的自适应性.     

基于Simulink/VRML的自主水下航行器编队控制仿真

针对多自主水下航行器编队协同控制问题，建立了基于Leader-Follower编队的数学模型，设计了编队控制律，并从理论上证明了控制律的稳定性。为了直观地表达自主水下航行器编队控制的效果，利用MATLAB的Simulink/VRML工具箱构建了水下航行器的编队控制的可视化仿真模型。仿真结果表明，提出的编队控制算法是有效的，所构建的仿真平台直观地表达了自主水下航行器的编队效果，该仿真模型易于扩展，且可以验证其它编队控制算法。     

基于双水听器的多自主水下航行器协同导航方法

协同导航定位是实现多自主水下航行器(multiple autonomous underwater vehicles, MAUVs)协同作业必须解决的关键问题。针对主从式MAUVs,提出了一种基于双水听器信号的MAUVs协同定位方法。在主从式结构中,主AUV内部装备高精度导航设备,从AUV内部装备低精度导航设备,外部均装备水声装置测量相对位置关系,从AUV通过水声测量确定出相对距离和相对方位角,再辅以主AUV精确位置,得到从AUV精确位置。研究结果表明,利用主AUV作为协同导航定位,可以显著提高群体的导航定位精度。     

基于视线导航的自主水下航行器编队轨迹控制

编队航行对于提高自主水下航行器的水下作业能力和生存能力具有重要意义,以组成三角形编队前行的三个自主水下航行器为研究对象,基于Leader-Follower编队控制思想和反馈线性化技术设计了d-φ编队控制率,同时,提出了一种变结构控制方法,该方法通过视线导引角计算保持横向轨迹误差最小,进而使自主水下航行器沿预设的航路前进.仿真结果表明所提出的方法切实可行,很好地解决了自主水下航行器协同控制中的编队轨迹跟踪问题.     

基于偶极势场的自主水下航行器回坞导引算法

针对欠驱动自主水下航行器(autonomous underwater vehicle, AUV)的自主回收问题,提出了基于偶极势场的一种回坞导引算法。将回坞过程分为回坞准备阶段和回坞阶段,其中回坞准备阶段利用航路点导引为AUV规划出一条路径,使AUV到达回收站的一定范围之内,保证AUV可以对回收站上的两个应答器进行准确定位;而回坞阶段AUV根据获得的应答器的测量位置计算出AUV在对接系下的坐标,利用建立的偶极势场导引AUV沿入口方向进入回收站。采用自适应非奇异终端滑模控制,保证航向角跟踪控制的鲁棒性和自适应性。仿真结果表明,所设计的回坞导引算法是有效的。     

一种自主水下航行器路径规划算法

提出了一种自主水下航行器穿越雷区的路径规划算法。将路径规划分为全局路径规划和局部路径规划两个部分,建立了水雷分布的Voronoi图,采用遗传算法规划出初步的全局最优路径。自主水下航行器按照全局最优路径航行时,利用前视声纳作为探测仪器。根据所测得的障碍物相对于自主水下航行器的位置关系设计出一个模糊推理系统(FIS)求解其避障角度,完成局部路径规划。仿真结果表明了这种算法的有效性。     

自主式水下航行器空间运动矢量建模与仿真

在对自主式水下航行器的空间六自由度运动进行研究的基础上，用牛顿力学方法和拉哥朗日方法推导了适于在Simulink环境下仿真的空间运动矢量模型，并建立了可移植性和功能强大的自主式水下航行器的空间六自由度运动仿真模块，解决了耦合非线性运动方程解算难、仿真难和显示难的问题，为自主式水下航行器及其它的高科技飞行器的研究和设计提供了便利的工具。     

自主水下航行器组合导航一体化仿真系统开发

AUV组合导航系统的研究,需要借助于仿真手段进行初步试验和算法验证.采用面向对象技术和模块化的设计思路开发远航程自主水下航行器组合导航一体化仿真软件系统,该一体化仿真软件分为仿真初始参数设置子系统,导航子系统,控制子系统,各子系统根据工作原理设计模块接口,具有建模、仿真、试验的一体化功能.仿真实验结果表明,该组合导航仿真软件系统可为AUV组合导航系统提供初步的仿真调试和实验验证环境,能够为半实物仿真及实物研制提供重要的参考信息.     

海流扰动下无人水下航行器的动态面反演轨迹跟踪控制

针对存在未知海流扰动条件下无人水下航行器(unmanned underwater vehicle,UUV)的轨迹跟踪控制问题,提出一种欠驱动UUV的动态面反演轨迹跟踪控制方法.首先,设计一种改进型海流扰动观测器来估测航行器动力学模型中存在的未知海流扰动.然后,采用反演法并结合动态面控制技术设计三维轨迹跟踪控制器,将控制...     

远程水下航行器自动驾驶仪设计

针对某新型远程水下航行器,设计并实现了该水下航行器的自动驾驶仪系统,阐述了系统的方案组成、硬件设计和软件设计.该系统在硬件设计上采用了先进的CAN总线技术,增大了信息通讯量,简化了系统,并提供了良好的扩展性;在软件设计上采用了pCIOS实时操作系统,提高了系统的实时性.半实物仿真试验结果表明,该系统硬件设计合理,满足程序运算和数据存储的要求;软件设计具有良好的实时性,满足实时性要求,并具有较高的可靠性.     

近空间飞行器鲁棒自适应Backstepping控制

针对变体近空间飞行器(near space vehiele, NSV)大包络、多模态的特性,研究其姿态的鲁棒自适应跟踪控制问题。首先,提出标称变体NSV切换非线性系统的单一且光滑主控制器设计方法,以解决因飞行模态切换引起的主控制舵面跳变。其次,针对切换瞬间复合干扰存在不连续的问题,给出一组同步切换的改进干扰观测器设计方法。将改进干扰观测器的输出与光滑的主控制律相结合组成不确定变体NSV切换非线性系统的复合控制器。采用平均驻留时间分析法证明所提出的控制方法可以保证闭环不确定变体NSV切换非线性系统的稳定性。最后,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于信息熵的AUV地磁仿生导航方法

针对地磁异常引起磁参量变化规律失真,导致自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)导航搜索算法极易陷入局部极小的问题,提出了一种基于种群信息熵的进化搜索方法。该方法对地磁异常区域内信息熵的变化状态进行观测,通过预设的熵值门限值判断搜索算法是否进入磁异常区域,采用最大概率选择机制使算法跳出异常区域的干扰,避免算法陷入局部极小,并且对算法的收敛性进行证明。在未知环境下对AUV的导航搜索算法进行仿真,结果表明,利用熵值观测和最大概率选取的方法能够使得AUV在磁异常存在的情况下完成导航任务,验证了算法的有效性。     

基于递推设计的鲁棒自适应摩擦补偿

针对机械运动控制系统中的非线性摩擦、惯量及外部扰动等不确定性,应用分段递推法设计了一种新型鲁棒自适应跟踪控制器。运用Lyapunov稳定理论证明这种控制器具有指数稳定的特点,且跟踪误差可以自由调整。仿真和实验结果表明,这种控制器具有良好的跟踪精度,其性能优于常规的PD控制。     

基于后推技术的直接鲁棒自适应模糊控制

针对一类带摄动的严格反馈非线性系统,基于后推设计方法,利用第一类模糊系统的逼近能力,提出了一种新的直接自适应控制方案。该方案中引入连续鲁棒项对系统的摄动部分进行抑制,并在自适应律中利用了leakage项以防止参数漂移。通过理论分析,证明了闭环系统是半全局一致终结有界的,跟踪误差收敛到一个小的残差集内。仿真结果表明了该方法的有效性。     

基于模型参考的多自主水下航行器自适应覆盖控制

针对海洋监测过程中由水下粘滞物等因素引起系统模型参数变化的情况,提出了一种基于模型参考的多自主水下航行器(autonomous underwater vehicles,AUV)自适应覆盖控制方法,旨在合理分配多AUV资源,提高目标海域的监测效率。首先根据给出的系统代价函数,应用质心Voronoi分配原则对目标海域进行最优分配,确定多AUV最优监测目标。在此基础上,利用基于模型参考的自适应控制方法,设计在AUV模型参数未知的情况下,多AUV的最优覆盖控制方法,使得覆盖网络能够从任意初始位置收敛到最优覆盖配置。最后通过仿真实验验证了上述算法的可行性与有效性。     

基于干扰补偿的拦截弹新型反演姿态控制

针对同时具有未知干扰以及输入饱和与死区特性的大气层内拦截弹姿态控制系统,提出了一种基于干扰补偿的自适应动态面控制器设计方法。该方法通过设计改进的非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer, NDO)对未知干扰进行抑制,利用径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络逼近输入饱和引起的非线性项,通过设计参数自适应律在线估计未知死区边界。通过构造合适的Lyapunov函数,证明闭环系统状态一致终结有界。仿真结果表明,所提方法鲁棒性良好,在输入非线性和未知干扰作用下,依然能良好地跟踪指令信号。     

高超声速飞行器新型攻角约束反演控制

针对考虑攻角约束的高超声速飞行器控制问题,提出一种受限指令滤波器与预设性能方法相结合的反演控制方案.首先,从高超声速飞行器运动模型中划分出高度子系统并基于反演控制方法设计控制器.为了解决攻角约束问题,构造受限指令滤波器对攻角虚拟指令限幅并保证指令的可导性.然后,利用预设性能方法预先设定约束范围,保证攻角跟踪误差始终满足...     

Stability analysis of decentralized adaptive backstepping control systems with actuator failures

In this paper, the authors analyze the stability of a class of interconnected systems with subsystem unmodeled dynamics and dynamic interactions employing decentralized adaptive controllers designed by Wen, Zhou, and Wang (2008) in the presence of actuator failures. It will be shown that the global stability of the remaining closed-loop system is still ensured and the outputs are also regulated to zero when some subsystems break down.     

Reinforcement learning based parameter optimization of active disturbance rejection control for autonomous underwater vehicle

This paper proposes a liner active disturbance rejection control(LADRC) method based on the Q-Learning algorithm of reinforcement learning(RL) to control the six-degree-of-freedom motion of an autonomous underwater vehicle(AUV).The number of controllers is increased to realize AUV motion decoupling.At the same time, in order to avoid the oversize of the algorithm, combined with the controlled content, a simplified Q-learning algorithm is constructed to realize the parameter adaptation of the LADRC controller.Finally, through the simulation experiment of the controller with fixed parameters and the controller based on the Q-learning algorithm, the rationality of the simplified algorithm, the effectiveness of parameter adaptation, and the unique advantages of the LADRC controller are verified.     

Direct adaptive control for nonlinear uncertain system based on control Lyapunov function method

1 .INTRODUCTIONIn many applications , dynamics of the plant arepartially known,and esti mation is the key in de-signing a successful control . Adaptive control ,re-presents the means of achieving online esti mation,has been the focus of research in recent years .Classes of stabilizable uncertain systems have beenfound,and several adaptive control design proce-dures have been proposed[1 ~4].The purpose of this paper is to develop newsolutions tothe adaptive stabilization problemfor aclass …