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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:許峰源
研究生(外文):FengYuan Hsu
論文名稱:港灣檢測用遙控載具導航及運動控制之研究
論文名稱(外文):Guidance and Control of a Remotely Operated Vehicle for Harbor Inspection
指導教授:郭振華郭振華引用關係蔡進發蔡進發引用關係
指導教授(外文):J. H. GuoJ. F. Tsai
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:造船及海洋工程學研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1999
畢業學年度:87
語文別:中文
論文頁數:79
中文關鍵詞:港灣檢測用遙控載具導航控制比例微分控制器滑動控制器追隨Lyapunov
外文關鍵詞:ROVGuidanceControlPD ControllerSliding Mode ControllerTrackingLyapunov
相關次數:
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本研究的目的,是針對港灣檢測用遙控水下載具「海影一號」,探討其導航器及控制器之設計問題。載具之導航方法,乃先規劃合理的路徑,並計算出所有參考點之座標及速度,再利用控制器追隨所規劃之參考點,修正本身之位置、方向及速度,將誤差項消弭,以追隨至所預期之路徑,完成導航之性能。載具之控制器,乃一複合式之控制方法,其中包括PD及Sliding Mode控制法兩部分,分別控制系統中線性及非線性項。經由Lyapunov直接法,可證明導航器、控制器之穩定性以及控制器參數與指數收斂(exponential convergent)速度係數間之簡單參數關係。最後,本文所設計之導航控制方法,亦使用「海影一號」水下載具驗證有效性。
The purpose of this thesis is to design a stable tracking method for a semi-autonomous platform to support routine underwater inspections of harbor structures. A reasonable inspection path of the vehicle is first planned, and input such as reference posture and reference velocities to the vehicle are calculated. Then a tracking controller is used to track those input commands. The tracking controller has a structure similar to the well-known PD control and the sliding mode control. The stability of this tracking method is proved through the uses of a Lyapunov function. It was also shown that the tracking error is exponentially convergent. Simple relation between control parameters and the exponential factor was derived. Finally, the effectiveness of the method developed in this thesis were verified using a serious of water tank experiments.
目錄
中文摘要………………………………………………………………...II
英文摘要………………………………………………………………..III
目錄……………………………………………………………………..IV
圖表索引……………………………………………………………….VII
符號說明………………………………………………………………...X
第一章 緒論
1.1前言………………………………………………………………1
1.2研究背景…………………………………………………………2
1.3研究目標…………………………………………………………3
第二章 系統設計
2.1系統規格…………………………………………………………5
2.2次系統及元件…………………………………………………….7
2.2.1載具本體結構………………………………………………7
2.2.2感測元件……………………………………………………8
2.2.3導航控制次系統……………………………………………8
2.2.4人機介面…………………………………………………..11
2.2.5支援次系統………………………………………………..12
第三章 載具導航器
3.1前言………………………………………………………………13
3.2路徑以及載具運動之描述……………………………………….14
3.2.1載具運動學…………………………………………………14
3.2.2座標系………………………………………………………14
3.2.3載具運動之完整描述………………………………………16
3.3空間座標誤差…………………………………………………….16
3.4導航問題描述…………………………………………………….18
3.5速度差矩陣推導………………………………………………….19
第四章 載具控制器
4.1前言……………………………………………………………...21
4.2滑動模式控制法………………………………………………...21
4.3載具控制器之描述……………………………………………...23
4.3.1載具線性項………………………………………………23
4.3.2載具回授項………………………………………………23
4.3.3載具誤差補償項…………………………………………24
4.3.4載具控制器………………………………………………26
4.4載具控制器之穩定性分析……………………………………...27
4.4.1載具動力方程式分析……………………………………..27
4.4.2穩定性分析………………………………………………..28
4.4.3收斂速度分析……………………………………………..31
第五章 實驗與討論
5.1實驗設備………………………………………………………...32
5.2水槽實驗………………………………………………………...32
第六章 結論與未來展望
6.1結論……………………………………………………………..76
6.2未來展望………………………………………………………...77
參考文獻………………………………………………………78
參考文獻
[1] 鄭勝文,邱逢琛,”水下技術概論”,國立編譯館,1997
[2] 邱逢琛,郭振華,賈景光,”自主式水下載具即時位置及姿態估測方法之研究”,海洋工程研討會,1997.11
[3] 郭振華,林明坤,”自主式水下載具長基線聲波定位系統之淺海域性能測試”,國立台灣大學造船及海洋工程研究所碩士論文,1997
[4] 郭振華,劉德志,”應用掃描式聲納影像序列在自主式水下載具避障及導航之研究”, 國立台灣大學造船及海洋工程研究所碩士論文,1997
[5] 郭振華,邱逢琛,王傑智,”自主式水下載具流體動力模式與運動控制”,國立台灣大學造船及海洋工程研究所碩士論文,1996
[6] 郭振華,邱逢琛,林楨博,”自主式水下載具海域搜尋路徑控制之研究” ,國立台灣大學造船及海洋工程研究所碩士論文,1998
[7] 郭振華,邱逢琛,賈景光,”自主式水下載具整合型導航系統之研究” ,國立台灣大學造船及海洋工程研究所碩士論文,1998
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[11] Thurman S. W.,Flashner H, “Robust Digital Autopilot Design for Spacecraft Equipped with Pulse-Operated Thrusters,”Journal of Guidance, Control, and Dynamics,VoL.19,No.5,September-October,1996
[12] Thurman S. W., “A Comprehensive Guidance and Control Theory for Spacecraft Using Pulse-Modulated Propulsion, ”Ph.D. Disseration, Dept. of Aerospace Engineering, Univ. of Southern California, Los Angeles,CA,Aug 1995
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[14] K. R. Goheen,E. R. Jefferys and D. R. Broome , “Robust Self-Designing Controllers for Underwater Vehicles,”Eighth International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering,March 19-23,1989
[15] K. R. Goheen,E. R. Jefferys, “System Identification of Remotely Operated Vehicle Dynamics,” Eighth International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering,March 19-23,1989
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