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《大连海事大学》 2011年
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舰船编队的鲁棒自适应控制

彭周华  
【摘要】:船舶运动模型具有本质非线性、非完整约束、欠驱动和时变环境干扰等特性,船舶运动控制问题受到研究人员的广泛关注。传统舰船控制主要集中在单船舶的运动控制问题上。然而,随着海洋科技的发展,实际中迫切需要利用多船舶进行协调以完成更为复杂的任务。相关应用包括海洋资源探测、环境监测、海洋补给、搜索营救等。在这些具体应用中,舰船编队控制技术无疑是最重要的技术之一。船舶控制领域研究人员一直致力于寻求有效控制方法实现对多船舶的编队控制,并且取得了一定的研究成果,但仍然存在许多未解决的问题。不断探索船舶编队控制方法,实现多船舶的协调,有着重要实际意义和应用价值。 本文从非线性系统自适应控制的角度出发,研究含不确定动态欠驱动舰船的鲁棒自适应编队控制问题,论文的主要工作包括以下几个方面: 第一,考虑了领导船和跟随船同时含有不确定动态的舰船编队控制问题。采用领导-跟随编队控制结构,利用反推法进行编队控制器的设计,利用神经网络对系统不确定动态进行在线逼近,提出了一种领导-跟随鲁棒自适应舰船编队控制方法。稳定性分析证明了闭环系统是半全局一致最终有界的。仿真表明了所给控制算法的有效性和神经网络的学习能力。 第二,针对上述反推法设计带来的控制器复杂性问题,采用动态面控制技术进行编队控制器设计,利用神经网络对跟随船不确定动态进行在线逼近,并引入自适应控制项对领导船未知动态进行学习,研究了基于动态面控制技术的鲁棒自适应神经编队控制器设计问题。利用李亚普诺夫稳定性分析证明了队形跟踪误差可以收敛到原点附近,仿真实验表明了所给控制算法的有效性。 第三,研究了含未知非线性动态和未知环境干扰的欠驱动舰船队形跟踪问题。基于导弹截击目标导引方式中追踪导航原理和船舶点对点跟踪原理,首先提出了一种基于目标跟踪机制的编队控制方法。随后,结合反推法和神经网络在线逼近技术,提出了一种基于目标跟踪机制的鲁棒自适应舰船编队控制方法。稳定性分析证明了目标跟踪误差收敛到原点附近。仿真结果表明了所给控制算法的有效性。 第四,研究了具有双向网络固定通讯结构下含不确定动态欠驱动舰船的领导-跟随运动同步控制问题。基于动态面控制技术,利用神经网络对船舶个体动态进行在线逼近,并结合领导-跟随同步控制策略,提出一种分布式鲁棒自适应合作编队控制方法。首先考虑了跟随船完全访问虚拟领导者信息的情形,提出了一种基本合作编队控制算法。随后将该结论扩展到存在网络通讯延迟和只有部分跟随者访问虚拟领导者两种情形。稳定性分析证明了由以上三种情形下所构成的闭环系统是半全局一致最终有界的,合作跟踪误差收敛到原点附近。广泛的比较分析验证了控制算法的有效性。 第五,探讨了单向网络固定通讯结构下含不确定动态非完整多智能体系统的群集运动控制问题。单个智能体的动态是未知的并且遭受未知环境干扰。此外,领导者的动态也是未知的。采用神经网络对不确定动态进行逼近,并利用有界人工势能函数防止多智能体之间碰撞。在网络拓扑是强连通的假设下,证明了利用所提的群集控制算法,多智能体的速度与角度与领导者趋于一致,运动同步误差收敛到原点附近,并且可以避免个体之间碰撞。仿真结果表明了神经群集运动控制算法的有效性。
【学位授予单位】:大连海事大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP13

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 孟威;欠驱动水面船舶运动的非线性控制研究[D];大连海事大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 赵国良;韩冰;;欠驱动船舶的光滑时变指数镇定[J];控制理论与应用;2006年05期
2 刘杨;郭晨;沈智鹏;刘雨;郭迪;;欠驱动船舶路径跟踪的神经网络稳定自适应控制[J];控制理论与应用;2010年02期
3 郭晨;汪洋;孙富春;沈智鹏;;欠驱动水面船舶运动控制研究综述[J];控制与决策;2009年03期
4 周岗;姚琼荟;陈永冰;周永余;李文魁;;不完全驱动船舶直线航迹控制稳定性研究[J];自动化学报;2007年04期
5 王晓飞;邹早建;李铁山;束亚清;;欠驱动船舶鲁棒路径跟踪控制器设计[J];船海工程;2009年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 马凯臣;范锦彪;曹咏弘;;用于末敏弹稳态扫描运动测量的微惯性测量单元标定方法研究[J];传感技术学报;2012年04期
10 呙林兵;;与方阵可交换的矩阵为矩阵多项式的探讨[J];长沙大学学报;2010年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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6 ;Distributed Event-Triggered Tracking Control of Second-Order Leader-Follower Multi-Agent Systems[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张子迎;多机器人协作及环境建模技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 易振国;车路协同实验测试系统及安全控制技术研究[D];吉林大学;2011年
3 刘新金;Hadamard关联协调控制研究[D];南京理工大学;2010年
4 兰晓娟;一种新型水下球形机器人的若干关键技术研究[D];北京邮电大学;2011年
5 潘永平;非线性系统鲁棒自适应模糊控制研究[D];华南理工大学;2011年
6 袁健;网络环境下多自主水下航行器编队控制研究[D];中国海洋大学;2011年
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10 李艳东;非完整移动机器人系统的智能鲁棒控制研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙锡国;动态环境下多机器人协调控制的编队方法研究[D];沈阳理工大学;2010年
2 张涛;基于图像的车牌定位算法研究[D];西华大学;2011年
3 张馨文;基于反步法的欠驱动船舶直线航迹跟踪控制[D];大连海事大学;2011年
4 刘勇;欠驱动船舶直线航迹控制[D];大连海事大学;2011年
5 刘显荣;多机器人协作定位技术及在机器人编队中的应用[D];华南理工大学;2011年
6 沈晓玲;深海拖曳系统动力学分析研究[D];上海交通大学;2011年
7 杨楠;基于重取样技术的人脸识别方法研究[D];河北大学;2011年
8 陈志建;基于混沌的数字图像加密及信息隐藏算法研究[D];重庆大学;2011年
9 张勤;索穹顶结构几何拓扑布置的合理性[D];上海交通大学;2012年
10 朱红飞;索杆体系的冗余度及其特性分析[D];上海交通大学;2012年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前6条
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2 廖煜雷;庞永杰;张铁栋;;欠驱动自治水面船的全局K-指数镇定控制方法[J];哈尔滨工程大学学报;2011年04期
3 赵国良;韩冰;;欠驱动船舶的光滑时变指数镇定[J];控制理论与应用;2006年05期
4 郭晨;汪洋;孙富春;沈智鹏;;欠驱动水面船舶运动控制研究综述[J];控制与决策;2009年03期
5 于瑞亭;朱齐丹;刘志林;王岩;;欠驱动不对称船舶全局K指数镇定的解耦实现[J];控制与决策;2012年05期
6 周岗;姚琼荟;陈永冰;周永余;李文魁;;不完全驱动船舶直线航迹控制稳定性研究[J];自动化学报;2007年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 岳伟;自主车队建模与控制研究[D];大连海事大学;2011年
2 汪洋;基于动态神经模糊模型的欠驱动水面船舶运动控制[D];大连海事大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
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2 韩冰,赵国良;基于微分平滑的欠驱动船舶航迹控制[J];哈尔滨工程大学学报;2004年06期
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5 赵国良;韩冰;;欠驱动船舶的光滑时变指数镇定[J];控制理论与应用;2006年05期
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8 周岗;姚琼荟;陈永冰;周永余;李文魁;;不完全驱动船舶直线航迹控制稳定性研究[J];自动化学报;2007年04期
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 杨洪勇;李晓;;时延多智能体系统的编队控制[J];浙江大学学报(工学版);2010年07期
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4 董胜龙,陈卫东,席裕庚;多移动机器人编队的分布式控制系统[J];机器人;2000年06期
5 王震;纪志坚;;一类具有状态时滞的时离散多智能体系统可控性研究[J];科技信息;2009年08期
6 马培蓓;张友安;于飞;纪军;;多导弹编队保持控制器设计[J];飞行力学;2010年03期
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8 王震;纪志坚;;含有状态时滞的时离散多智能体系统可控性研究[J];青岛大学学报(工程技术版);2009年02期
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10 杨洪勇;张嗣瀛;;离散时间系统的多智能体的一致性[J];控制与决策;2009年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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4 杨雪榕;王兆魁;梁加红;;跟飞编队构型的Lyapunov控制研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
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8 范正平;唐英干;关新平;;一类混沌系统的鲁棒自适应控制研究[A];2001中国控制与决策学术年会论文集[C];2001年
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10 曾建潮;薛志斌;;智能群体的微分动力模型描述与仿真[A];'2010系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前5条
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3 记者 吴长锋;中科大机器人“可佳”能思考会推理[N];科技日报;2009年
4 特约记者 钟魁润 本报记者 尹航 通讯员 李彦林;护航手段的崭新探索[N];解放军报;2010年
5 记者 桂运安;“机器人世界杯”科大摘金夺银[N];安徽日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 彭周华;舰船编队的鲁棒自适应控制[D];大连海事大学;2011年
2 杨熙鑫;自主式水下航行器的点镇定及编队控制研究[D];中国海洋大学;2012年
3 袁健;网络环境下多自主水下航行器编队控制研究[D];中国海洋大学;2011年
4 钱臻;基于组合定位技术的多智能车辆合作编队仿真技术研究[D];东北林业大学;2012年
5 金久才;无人海洋可控探测平台的智能观测技术[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2011年
6 李扬;网络环境下多智能体协调控制研究[D];中国海洋大学;2012年
7 王莉;基于群集智能的复杂动态网络协同控制研究[D];南开大学;2009年
8 杨帆;多移动机器人编队控制与协作运输研究[D];华东理工大学;2011年
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10 张玉锟;卫星编队飞行的动力学与控制技术研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
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1 韩娜妮;基于一致性协议的多智能体系统分布式编队控制的研究[D];燕山大学;2010年
2 张顺;移动多智能体系统的编队控制及其鲁棒性分析[D];鲁东大学;2012年
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7 任牧青;基于声观通的AUV三维编队控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
8 贾晓燕;基于视觉的移动机器人编队控制[D];沈阳航空航天大学;2011年
9 廖春平;基于改进遗传算法行为参数优化的多机器人编队控制[D];中南大学;2012年
10 黄小起;多移动机器人编队控制的研究[D];东北大学;2009年
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