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基于反演滑模的欠驱动AUV的路径跟踪控制研究的开题报告
一、研究背景与意义
人类社会对海洋的探索与开发越来越深入，潜水器成为海底开发领域不可缺少的工具之一。欠驱动自主水下机器人(AUV)在海洋探测与维护中具有广阔的应用前景，如海浪监测、海底资源勘探、油田管道巡检等。路径跟踪控制是AUV自主水下运动的基础和关键技术之一。
在实际应用中，AUV通常需要在复杂海底环境中完成路径跟踪控制。由于海洋环境的不确定性和AUV自身的动力学特性，基于精确数学模型的路径跟踪控制方法存在较大困难。因此，如何克服海洋环境和AUV自身特性带来的不确定性，提高AUV的路径跟踪控制精度，是本研究的重要意义所在。
二、研究内容与方法
本研究将采用反演滑模控制方法，解决AUV路径跟踪控制中不确定性和非线性动力学效应带来的问题。反演滑模控制方法是一种典型的非线性控制方法，具有对非线性系统解耦，抗干扰性能强等特点。
本研究的具体研究内容包括：
1.建立AUV的数学模型。本研究将简化AUV的动力学和控制模型，建立AUV运动学模型和动力学模型，提取相应的控制参数。
2.分析AUV路径跟踪控制器设计要求。分析AUV路径跟踪控制过程中，需要实现的引导方式、运动学约束、信息采集和控制反馈等系统控制要求。
3.设计反演滑模控制器。该控制器将基于AUV运动学和动力学的模型，设计适合AUV路径跟踪控制的反演滑模控制器，并在Matlab/Simulink环境下进行仿真验证。
4.实验验证控制器性能。采用实物AUV平台进行实验验证，对比反演滑模控制和其它控制方法的路径跟踪控制实验结果，验证反演滑模控制器的精度和可行性。
三、预期结果与意义
本研究研发的基于反演滑模的欠驱动AUV路径跟踪控制器，将提高AUV自主水下运动的能力，增强AUV在复杂海洋环境中的路径跟踪控制精度和稳定性。预期研究结果包括：
1.搭建数学模型，建立欠驱动AUV运动学和动力学模型，得到相应的控制参数。
2.设计反演滑模控制器，实现对欠驱动AUV路径跟踪控制的精确控制。
3.通过实验验证，在实际场景中检验控制器性能，将反演滑模控制技术在AUV路径跟踪控制中的应用推广开来，为解决海洋工程探测、生产等领域的现实问题提供技术手段和支撑。