Physics-Based Finite-Dimensional Modeling and Adaptive Control of Underwater Vehicles

基于物理的水下航行器有限维建模和自适应控制

基本信息

  • 批准号:
    0100783
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 17.95万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2001
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2001-09-01 至 2005-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This research program will develop finite-dimensional nonlinear dynamical models for underwater robot vehicles, and incorporate these models in the development of provably stable nonlinear controllers for dynamic maneuvering of underwater vehicles. This research will directly address the following two problems:1. Nonlinear Finite Dimensional Dynamical Modeling: We are developing unsteady dissipative hydrodynamical models and numerical simulations for marine vehicles, and experimentally verifying these analytical models under the low-speed operating conditions typical for dynamically positioned vehicles engaged in survey, sampling, docking, and maneuvering operations.2. Stable Model-Based Nonlinear Adaptive Control: We are developing 6-DOF model-based adaptive tracking controllers, and experimentally evaluating both the new and previously reported techniques in full-scale experimental trials. The goal is to enable marine vehicles to perform missions presently considered either infeasible or impractical with existing manned and unmanned systems. The intellectual merit of the activity is the analytical development and experimental validation of finite-dimensional plant models with explicit dissipative structure, and the development and experimental validation of a new class of model-based adaptive identifiers and tracking controllers for underwater vehicles. The broader impacts of the activity include: Development and web-based dissemination of "Dynamics and Control of Marine Vehicles," a new course at JHU. Advances developed under the proposed research will be transitioned to the vehicles of the NSF supported National Deep Submergence Facility to improve their operational capabilities for U.S. oceanographic science.
该研究项目将为水下机器人航行器开发有限维非线性动力学模型,并将这些模型纳入水下航行器动态操纵的可证明稳定的非线性控制器的开发中。本研究将直接解决以下两个问题: 1.非线性有限维动力学建模:我们正在开发海洋车辆的非定常耗散流体动力学模型和数值模拟,并在从事测量、采样、对接和机动操作的动态定位车辆典型的低速操作条件下通过实验验证这些分析模型。 2.基于稳定模型的非线性自适应控制:我们正在开发基于 6 自由度模型的自适应跟踪控制器,并在全面的实验试验中对新技术和先前报道的技术进行实验评估。目标是使海洋车辆能够执行目前被认为用现有有人和无人系统不可行或不切实际的任务。 该活动的智力优势是具有显式耗散结构的有限维工厂模型的分析开发和实验验证,以及水下航行器基于模型的新型自适应识别器和跟踪控制器的开发和实验验证。 该活动更广泛的影响包括: 开发并在网络上传播约翰霍普金斯大学的一门新课程“船舶动力学与控制”。根据拟议研究开发的进展将转移到美国国家科学基金会支持的国家深潜设施的车辆上,以提高其美国海洋科学的运作能力。

项目成果

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