本书从模型、理论和仿真等角度，深入系统介绍无人水下航行器集群控制的理论和方法。首先，本书概述了无人水下航行器集群研究现状，并对反步、滑模等非线性控制方法进行简单介绍；其次，通过分析航行器控制特性，建立运动学模型，并基于该模型进行操纵性仿真；再次，针对欠驱动水下航行器轨迹跟踪控制、路径规划、路径跟踪控制、多路径协同跟踪控制、单路径包围控制、集群轨迹跟踪控制、集群路径跟踪控制及集群避障等问题，分别基于动态面、神经网络、模糊系统、图论、势函数及一致性等理论设计控制器；最后，为验证上述控制方法的有效性和优越性，给出了详细的理论证明和仿真结果。
样章试读
目录
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前言
第1章 绪论 1
1.1 无人水下航行器集群概念 1
1.1.1 无人水下航行器集群定义 1
1.1.2 无人水下航行器集群背景 2
1.2 无人水下航行器集群系统研究概况 3
1.3 无人水下航行器集群控制研究概况 4
1.4 预备知识 6
1.4.1 反步控制 6
1.4.2 动态面控制 8
1.4.3 滑模控制 9
1.4.4 李雅普诺夫稳定性理论 10
1.5 本书体系结构 12
参考文献 13
第2章 欠驱动无人水下航行器运动模型 16
2.1 运动学模型 16
2.1.1 符号定义 16
2.1.2 坐标系 17
2.2 动力学模型 20
2.2.1 六自由度模型 20
2.2.2 三自由度模型 24
2.2.3 控制特性分析 25
2.3 操纵性仿真 28
2.3.1 二维操纵性仿真 29
2.3.2 三维操纵性仿真 31
2.4 本章小结 32
参考文献 32
第3章 欠驱动水下航行器轨迹跟踪控制 34
3.1 基于反步法的基础控制 34
3.1.1 二维基础控制 34
3.1.2 三维基础控制 40
3.2 基于动态面的二维轨迹跟踪控制 44
3.2.1 问题描述 44
3.2.2 速度转艏控制器设计 45
3.2.3 稳定性分析 49
3.2.4 仿真实验 51
3.3 基于自适应动态面的三维轨迹跟踪控制 53
3.3.1 问题描述 53
3.3.2 速度转艏纵倾控制器设计 55
3.3.3 稳定性分析 58
3.3.4 仿真实验 59
3.4 基于神经网络逼近的轨迹跟踪控制 61
3.4.1 问题描述 61
3.4.2 控制器设计及稳定性分析 61
3.4.3 仿真实验 70
3.5 基于模糊逼近的轨迹跟踪控制 73
3.5.1 控制器设计及稳定性分析 74
3.5.2 仿真实验 80
3.6 本章小结 84
参考文献 84
第4章 欠驱动水下航行器路径跟踪控制 86
4.1 基于模糊势函数的路径规划 87
4.1.1 问题描述 87
4.1.2 模糊势函数设计 87
4.1.3 仿真实验 90
4.2 基于自适应滑模的水平面路径跟踪控制 91
4.2.1 问题描述 91
4.2.2 自适应滑模控制器设计 93
4.2.3 稳定性分析 95
4.2.4 仿真实验 95
4.3 基于自适应滑模的垂直面路径跟踪控制 98
4.3.1 问题描述 98
4.3.2 自适应滑模控制器设计 100
4.3.3 仿真实验 102
4.4 基于阻尼反步法的三维路径跟踪控制 105
4.4.1 问题描述 105
4.4.2 阻尼反步控制器设计 107
4.4.3 稳定性分析 111
4.4.4 仿真实验 113
4.5 基于海流观测器的三维路径跟踪控制 114
4.5.1 海流干扰分析 115
4.5.2 海流观测器设计 117
4.5.3 反步滑模控制器设计 118
4.5.4 稳定性分析 121
4.5.5 仿真实验 123
4.6 本章小结 126
参考文献 126
第5章 多水下航行器协同编队控制 128
5.1 基于领航跟随的二维编队控制 128
5.1.1 领航跟随编队模型 128
5.1.2 问题描述 130
5.1.3 基于级联的控制器设计及稳定性分析 132
5.1.4 仿真实验 139
5.2 基于虚拟航行器的三维领航跟随编队控制 144
5.2.1 问题描述 144
5.2.2 虚拟航行器设计 145
5.2.3 控制器设计及稳定性分析 147
5.2.4 仿真实验 150
5.3 基于路径参数一致性的多路径协同跟踪控制 151
5.3.1 问题描述 151
5.3.2 控制器设计及稳定性分析 152
5.3.3 仿真实验 156
5.4 基于路径参数包含的单路径协同跟踪控制 158
5.4.1 问题描述 158
5.4.2 控制器设计及稳定性分析 158
5.4.3 仿真实验 163
5.5 基于路径参数循环跟踪的单路径协同包围控制 165
5.5.1 问题描述 165
5.5.2 控制器设计及稳定性分析 165
5.5.3 仿真实验 169
5.6 本章小结 170
参考文献 170
第6章 多水下航行器集群跟踪控制 172
6.1 集群自组织方法设计 173
6.1.1 生物自组织集群模型 173
6.1.2 集群速度向量设计 175
6.2 基于群中心观测的集群轨迹跟踪控制 177
6.2.1 问题描述 177
6.2.2 群中心观测器设计 178
6.2.3 控制器设计及稳定性分析 180
6.2.4 仿真实验 187
6.3 基于群中心制导的集群路径跟踪控制 193
6.3.1 问题描述 193
6.3.2 群中心制导律设计 194
6.3.3 控制器设计及稳定性分析 197
6.3.4 仿真实验 200
6.4 基于势函数的集群自主避障控制 203
6.4.1 问题描述 203
6.4.2 速度观测器设计 204
6.4.3 避障势函数设计 205
6.4.4 控制器设计及稳定性分析 207
6.4.5 仿真实验 211
6.5 本章小结 214
参考文献 215
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