潜艇垂直面滑模控制仿真研究

针对潜艇垂直面运动强非线性、耦合性和参数不确定的特点,分别基于垂直面非线性和线性模型,考虑舵的动态响应,用艏舵控制深度,艉舵控制纵倾角,采用改进型趋近律设计滑模控制器并进行了仿真研究。仿真结果表明,两类滑模控制器均具有良好的控制性能和较强的鲁棒性,且无明显抖振。     

基于迭代滑模增量反馈的欠驱动AUV地形跟踪控制

为实现欠驱动自治水下机器人(AUV)在未知海流干扰作用下的地形跟踪控制,提出一种基于非线性迭代滑模增量反馈的航迹跟踪控制器.基于虚拟向导的方法,建立AUV垂直面航迹跟踪误差方程.采用迭代方法,设计滑模增量反馈控制器,无需对AUV模型参数不确定部分和海流干扰进行估计,这样避免了AUV俯仰舵的抖振现象,并且减小了输出反馈控制的稳态误差与超调问题.仿真实验表明,所设计的控制器对AUV系统的模型参数摄动及海流干扰变化不敏感,所设计的参数易于调节.     

基于NDO的潜艇反演滑模深度控制

针对潜艇变深运动与定深运动过程中存在模型非线性、强耦合和外界干扰不确定等问题,设计一种基于非线性干扰观测器(NDO)的反演滑模控制策略.利用NDO观测系统不确定性和外界干扰,通过选取设计参数,使观测误差指数收敛.针对潜艇垂直面控制系统双通道耦合的特点,采用艏舵控制深度,艉舵控制纵倾的策略.在深度和纵倾通道分别引入NDO后,采用反演法设计滑模控制器,基于李亚普诺夫稳定性理论证明闭环系统的全局渐近稳定性,实现对潜艇深度和纵倾的控制.仿真实验验证了该控制策略的有效性.     

自治水下机器人深度的鲁棒H∞控制仿真

研究了鲁棒H∞控制在自治水下机器人(AUV)深度控制中的应用.根据刚体空间运动和流体力学理论建立了AUV垂直面运动的数学模型,并在特定的工作点对模型进行了线性化处理得到了AUV垂直面运动的控制设计模型.根据鲁棒H∞控制理论设计了自治水下机器人垂直面运动的深度控制器.仿真结果表明,该控制器在减轻/克服AUV运动模型的不确定性,严重的非线性和外界干扰等方面有明显的效果,具有很好的动态性能,系统的鲁棒性强.     

基于离散滑模预测的欠驱动AUV三维航迹跟踪控制

针对欠驱动自主水下航行器（AUV）的模型不确定和外界海流干扰问题,为了实现欠驱动AUV的三维航迹跟踪控制,采用虚拟向导法建立空间运动误差离散化模型.基于递归滑模思想设计离散滑模预测控制器,利用滚动优化和反馈校正方法补偿了不确定项对滑模预测模型的影响.最后针对某欠驱动AUV进行了空间曲线跟踪控制仿真实验.结果表明,所设计的控制器可以较好地克服时变非线性水动力阻尼对系统的影响,并对外界海流干扰有较好的抑制作用,保证了欠驱动AUV三维航迹跟踪系统的鲁棒性,实现了三维航迹的精确跟踪.     

非线性迭代滑模的欠驱动AUV路径跟踪控制

为实现欠驱动自治水下机器人（AUV）在未知海流干扰作用下的路径跟踪控制,提出一种基于非线性迭代滑模增量反馈的路径跟踪控制器。选用一般曲线参数和Serret-Frenet坐标系描述路径跟踪误差,建立AUV水平面路径跟踪误差方程。采用迭代方法,设计滑模增量反馈控制器,无需对AUV模型参数不确定部分和海流干扰进行估计。仿真实验表明,设计的控制器参数易于调节,可用于实际欠驱动水下机器人来实现对水平面路径的精确跟踪。     

超空泡航行体的自适应模糊滑模控制研究

针对超空泡航行体动态中的非线性项和未建模动态,以及由空泡形状改变引起的扰动问题,提出了一种基于自适应模糊滑模的纵平面运动控制器设计方法。该方法利用自适应模糊系统逼近超空泡航行体模型中的非线性不确定项;利用滑模控制对干扰的鲁棒性,克服逼近误差和干扰;最后用Lyapunov定理证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明,设计的控制器可有效克服滑行力的计算误差以及水动力参数的不确定性。     

垂直面欠驱动自治水下机器人定深问题的自适应输出反馈控制

针对垂直面欠驱动自治水下机器人(AUV)定深控制问题,本文仅使用可测量的深度和纵摇角信息,基于反步法设计自适应输出反馈控制器.为此首先设计观测器,实现不可测纵摇角速度反馈;再利用径向基神经网络对不确定水动力系数和纵荡、垂荡及纵摇角速度耦合产生的非线性结构进行补偿;采用自适应策略对纵荡和垂荡速度形成的有界干扰进行抑制.本文采用AUV一阶非完整模型,不以线性化为目的,放宽了纵摇角只能在小范围内变化的限制.最后通过理论证明和仿真实验表明该方法能够实现AUV深度和姿态控制,对未建模非线性动态和有界扰动具有很强的自适应性和鲁棒性.     

AUV深度的模糊神经网络滑模控制

本文设计了一个模糊神经网络滑模变结构控制器，通过模糊神经网络对滑模控制律 的控制增益进行在线调整，并在海浪干扰条件下，用此控制器对AUV进行深度控制．仿真结 果验证了该智能控制方法具有很好的控制性能和鲁棒牲．     

基于RBF神经网络的作业型AUV自适应终端滑模控制方法及实验研究

研究了作业型AUV （自主水下机器人）的轨迹跟踪控制问题.实际作业中,水下机械手展开作业过程将引起AUV动力学性能变化,进而影响AUV轨迹跟踪控制;并且水流环境干扰亦将影响AUV轨迹跟踪控制.针对上述AUV轨迹跟踪控制问题,提出一种基于RBF （径向基函数）神经网络的AUV自适应终端滑模运动控制方法.该方法在李亚普诺夫稳定性理论框架下,采用RBF网络对机械手展开引起的AUV动力学性能变化和水流环境干扰进行在线逼近,并结合自适应终端滑模控制器对神经网络权值和AUV控制参数进行自适应在线调节.通过李亚普诺夫稳定性理论,证明AUV系统轨迹跟踪误差一致稳定有界.针对滑模控制项引起的控制量抖振问题,提出一种变滑模增益的饱和连续函数滑模抖振降低方法,以降低滑模控制量抖振.通过AUV实验样机的艏向和垂向的轨迹跟踪实验,验证了本文AUV系统控制方法和滑模降抖振方法的有效性.     

超空泡水下航行器定深控制研究

极高的航速使得对超空泡水下航行器的控制变得异常复杂. 为了对其深度进行有效控制, 必须对其纵平面运动特性进行研究. 本文首先建立了超空泡水下航行器的纵平面运动模型, 分析了其纵平面运动特性; 然后进行了控制算法的综合; 最后, 仿真及试验结果均验证了所设计的航行器纵平面运动控制算法的有效性. 试验结果表明该控制系统具有较高的控制精度. 本文的研究成果为进一步研究水下超空泡航行器的运动控制提供了必要的理论基础.     

考虑剩余浮力影响的欠驱动水下机器人深度控制

为了实现水下机器人带有剩余浮力影响的欠驱动深度控制, 将垂直面控制划分为定速航行控制和深度控制. 采用成熟的S 面速度控制器保证速度控制稳定, 着重解决深度控制问题. 引入虚拟控制量, 使剩余浮力影响下的深度偏差映射为目标纵倾角, 通过设计俯仰控制器实现对目标纵倾角的跟踪. 稳定性分析表明, 所研究的欠驱动深度控制是稳定的, 且对于参数估计的偏差不敏感. 仿真实验结果表明, 所提出的方法能够抵抗剩余浮力的影响, 深度控制准确, 并具有良好的鲁棒性.

     

基于磁流变阻尼器整车半主动悬架的开关控制

利用一般系统的第2类Lagrange方程建立了适合磁流变阻尼器半主动悬架的Lagrange方程,并在此基础上建立了侧倾、俯仰和垂直运动完全耦合的整车半主动悬架系统运动方程和状态方程．以某种磁流变阻尼器作为作动器,系统地研究了整车半主动悬架开关控制的策略．仿真结果表明：开关控制对整车悬架的簧载质量的垂直加速度和侧倾角加速度的控制效果不明显,特别是对俯仰角加速度反而有所恶化．但是,对悬架动挠度和轮胎动挠度,和非簧载质量的垂直加速度,簧载质量的侧倾加速度可以进行有效的控制,特别是对后悬架的控制效果尤其显著．     

AUV自主控制全局模型及智能决策算法研究

分析了自主式水下潜器(AUV)自主控制全局模型的内涵,指出应该包含环境信息、使命信息以及自身状态三个部分;用栅格法建立了环境模型;定义了"多区域地形勘察"使命案例;分析了与决策算法相关的AUV自身状态的表示方法;在此基础上开发了智能决策算法,算法包含路径选优和速度规划两部分;应用图论及运筹学的方法实现了路径选优,应用遗传算法实现了速度规划;用Petri网为AUV的使命控制过程建模,最终完成了智能决策算法和使命控制系统的集成;经仿真验证,所开发的智能决策决策算法正确有效,AUV使命的控制和执行自主可靠.     

水下机器人嵌入式基础运动控制系统

从硬件和软件两方面详细地讨论了水下机器人嵌入式基础运动控制系统的体系结构,从根本上改变 了以往水下机器人运动控制系统依靠上位机与下位机相结合的体系结构.同时详细阐述了水下机器人基础运动控 制的整个信息流程.最后通过海上试验验证了整个基础运动控制系统的可行性和可靠性.     

作业型水下机器人姿态调节控制研究

为了解决在作业时水下机器人载体上的机械手伸展过程将会引起载体重心发生变化,导致水下机器人发生纵横倾运动,影响作业效率的问题,考虑到水下机器人控制系统较为复杂,因此引入模糊滑模控制,根据要求设计出一款模糊滑模控制器。利用计算机和MATLAB技术,将水下机器人姿态运动方程与常规PID控制和模糊滑模控制分别结合起来进行仿真分析。仿真结果表明,模糊滑模控制相比于常规PID控制,在机械手关节正弦运动过程中,姿态角下降了20%以上,横倾姿态角度误差减小了30%以上,纵倾姿态角误差也超过了8%以上。在悬停作业过程中,纵横倾姿态角度都下降了30%以上。通过两种不同控制方式的仿真,验证了模糊滑模控制的控制效果要优于常规PID控制,能够取得更好的控制效果,同时利用计算机技术缩短了研究时间、提高了研究效率。     

基于模糊控制策略的车辆主动悬架研究

建立了车辆整车7自由度模型的主动悬架控制的系统状态方程模型,设计了两种模糊控制策略,方法一针对整车模型,采用一种控制方法,方法二针对整车模型的运动方式,设计不同的模糊控制器,垂直振动模糊控制器,俯仰振动模糊控制器,侧倾振动模糊控制器和逻辑控制器,仿真结果表明,所设计的模糊控制器对提高车辆的舒适性与操纵稳定性有较好的效果.     

Adaptive Control of a Nonlinear Prototypical Wing Section with Reduced Order Observer

This paper treats the question of control of an aeroelastic system with unknown parameters using output feedback. The equations of motion of the chosen aeroelastic system describe the plunge and pitch motion of a wing. A single trailing edge flap is used for the purpose of control, and plunge displacement and pitch angle are measured for feedback. Using a canonical representation of the aeroelastic system, reduced order filters are designed to obtain the unmeasured state variables. Then based on a backstepping design technique, adaptive control laws for the trajectory control of the pitch angle and the plunge displacement are derived. In the closed-loop system, the state vector is shown to converge asymptotically to zero. Simulation results are presented which show that regulation and trajectory following are accomplished in the closed-loop system in spite of large uncertainties in the structural and aerodynamic parameters of the model.     

超高速水下航行器纵平面姿态控制研究

超高速水下航行器在水下航行时,由于大部分表面被超空泡所包覆,其纵平面的运动特性发生显著变化,使得控制难度加大.提出把空化器用作控制面,通过操纵其舵角改变量来控制航行器在纵平面的运动,从而达到间接控制航深的目的.最后运用PID算法进行仿真分析,结果表明采用此控制方法所产生的深度负偏差较小,简单易实现、且鲁捧性好.还对航行器直接深度控制进行探讨,考虑到超空泡工况下深度测量的难度较大,姿态控制具有更强的适用性.     

Transmission of roll and pitch seat vibration to the head

A series of experiments has investigated the transmission of roll and pitch seat vibration to the heads of seated subjects. Head motion was measured in all six axes using a light-weight bite-bar while seated subjects were exposed to random motion at frequencies of up to 5 Hz at 1.0 rad.s ^?2 r.m.s. Subjects sat on a rigid flat seat in two body postures: ‘back-on’ (back in contact with backrest) and ‘back-off’ (no backrest contact). The influence of the position of the centre of rotation was also investigated.

Motion at the head occurred mostly in the lateral, roll and yaw axes during exposure to roll seat vibration and in the fore-and-aft, vertical and pitch axes during exposure to pitch seat vibration. A reduction in the magnitude of head motion occurred when the subjects sat in a 'back-off' posture compared with a 'back-on' posture. Varying the position of the centre of rotation along the lateral axis during roll seat vibration affected vertical and pitch head motion: least head motion occurred when the centre of rotation was in line with the subject's mid-sagittal plane. Varying the position of the centre of rotation along the vertical axis during roll seat vibration affected head motion in the mid-coronal plane: roll head motion decreased as the position of the centre of rotation was raised from below the seat surface to above the seat surface. Varying the centre of rotation (along the fore-and-aft and vertical axes) during pitch seat vibration altered head motion in the mid-sagittal plane. Head motion increased with increasing distance of the centre of rotation in front or behind the subject's ischial tuberosities and increased as the seat was raised from below the centre of rotation to above the centre of rotation.