AUV系统辨识与广义预测控制研究

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。