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本论文的研究内容分为两方面:AUV的建模和控制。
建模方面,主要对当前用于AUV的建模方法进行了分类及对比,给出了水动力机理建模、水动力辨识、面向目标的系统辨识三类方法的优缺点。
根据可辨识性理论,对AUV闭环系统进行分析,给出了AUV闭环系统可辨识的充分条件。为了提高辨识算法的实时性,解决辨识过程中的“数据饱和”问题,给出了改进的变步长增广卡尔曼滤波辨识算法。利用小型AUV湖上试验数据辨识出航向回路、深度回路的系统模型,通过不同的试验数据与模型预测值的相关性验证模型,试验结果表明了该算法应用于AUV闭环系统建模的可行性。
控制方面,在传统PID控制、S面控制方法基础上,借鉴单神经元PID控制思想,将积分环节加入S面控制中来简化S面PID控制算法,并通过仿真验证了算法的可行性。上述方法参数调节依赖工程经验,而广义预测控制具有对模型要求低、算法鲁棒性强、参数调节简单等优点。因此,本文对输入输出约束的广义预测控制快速算法应用于AUV系统进行仿真,通过小型AUV水池试验验证了算法的有效性。