海洋機器人運動控制技術

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(xiàn)狀 5
1.2 多模型控制及其在UMV中的應用 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運動控制模型的設置 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(tǒng)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(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)反饋控制的極點配置 50
3.2.3 狀態(tài)反饋在海洋機器人中的應用 57
3.3 滑?？刂撇呗院喗?nbsp;62
3.3.1 滑?？刂圃O計 63
3.3.2 線性不確定系統(tǒng)滑模控制策略 69
3.3.3 非線性系統(tǒng)滑?？刂撇呗?nbsp;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(tǒng)運動中的應用 77
3.4 本章小結 80
參考文獻 80
4 UMV多模型控制技術及其優(yōu)化 83
4.1 多模型控制技術國內外研究現(xiàn)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 切換策略的設置 86
4.2.3 控制器間的轉換與優(yōu)化 87
4.3 基于權值設置的線性多模型切換 87
4.3.1 多模型切換過程中權值范圍的設置 87
4.3.2 基于UMV的多模型控制 91
4.3.3 基于權值設置的加權多模型切換流程 94
4.4 基于控制策略設置的非線性多模型優(yōu)化切換 99
4.4.1 基于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 基于能量函數的非完全同態(tài)多模型優(yōu)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(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 基于神經網絡補償的AUV動態(tài)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 基于AUV運動控制的狀態(tài)反饋滑?？刂品?nbsp;127
5.2.1 基于SFSMC的AUV控制模型設置 128
5.2.2 基于AUV運動模型的動態(tài)狀態(tài)反饋控制策略 129
5.2.3 AUV各控制模型控制律設計 131
5.2.4 基于SFSMC的AUV仿真 132
5.3 基于AUV運動控制的控制器集在線優(yōu)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 基于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(tǒng)運動控制及其外場試驗 145
6.1 USV系統(tǒng)（BQ-01）簡介 145
6.2 多辨識模型切換動態(tài)反饋USV湖泊試驗航向運動控制 147
6.2.1 BQ-01系統(tǒng)航向辨識模型 148
6.2.2 USV系統(tǒng)航向辨識模型參數估計與篩選函數的構建 148
6.2.3 BQ-01系統(tǒng)航向運動臨時模型集的構建 150
6.2.4 基于USV航向運動的動態(tài)反饋控制策略 151
6.2.5 基于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(tǒng)湖泊試驗航向控制小結 155
6.3 辨識模型集動態(tài)滑模控制在USV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(tài)滑?？刂品捌淝袚Q策略 162
6.3.4 系統(tǒng)湖泊試驗數據分析 165
6.3.5 USV系統(tǒng)湖泊試驗深度控制小結 167
6.4 基于在線優(yōu)化PID控制律的USV航向海洋試驗 167
6.4.1 基于USV航向模型的在線自優(yōu)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 基于動態(tài)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 基于多模型優(yōu)化切換的AUV外場試驗 181
7.1 非完全同態(tài)動態(tài)滑?？刂圃贏UV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 基于狀態(tài)變量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(tài)動態(tài)反饋控制在AUV航向控制中的研究 192
7.3 切換策略設置及其不同型號AUV切換 194
7.4 AUV湖泊試驗數據分析 194
7.4.1 基于多模型動態(tài)反饋的航向控制試驗驗證（AUV-Ⅰ） 195
7.4.2 基于多模型動態(tài)滑?？刂频纳疃瓤刂圃囼烌炞C（AUV-Ⅰ） 198
7.4.3 控制模塊通用性驗證 200
7.5 基于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
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