KFUPM ePrints

Nonlinear Output Feedback Control Design for Autonomous Underwater Vehicle: Port Controlled Hamiltonian Approach

l Nonlinear Output Feedback Control Design for Autonomous Underwater Vehicle: Port Controlled Hamiltonian Approach. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF (Thesis) - Accepted Version
5Mb

Arabic Abstract

‫ويعتبر تطوير ردود الفعل الناتج عن تصميم وحدة تحكم ‪ AUV‬في هذه الأطروحة.‬ ‫ويتم تطوير في إطار ‪ .PCH‬أولا، يتم تحويل ديناميات ‪ AUV‬في صياغة ‪.PCH‬‬ ‫ثم تم تصميم وحدات التحكم ردود الفعل على أساس تبديد للنظام الدائرة المغلقة.‬ ‫ووضع بعد ذلك تخفيف اضطراب 2‪ L‬تحكم ومخطط لها على التكيف. وذكر‬ ‫الشروط الضرورية والكافية لكفالة الاستقرار. تدرس قوة من وحدة تحكم لعدم‬ ‫اليقين المعلمة بافتراض عدم اليقين في كل من الجمود والمصفوفات التخميد. يتم‬ ‫تطبيق نهج التصميم العام لوضع تصميم سيطرة ‪ PCH‬ومقره لتتبع مسار ‪ AUV‬و‬ ‫2‪ L‬تخفيف الاضطرابات. وتبين المحاكاة أن وحدة تحكم تصميم قوي فيما يتعلق‬ ‫عدم اليقين في الجمود والمصفوفات التخميد على التوالي. توهين اضطراب 2‪ L‬تحكم‬ ‫ومخطط لها على التكيف هي قادرة على التخفيف من تأثير الاضطرابات الخارجية.‬ ‫بالإضافة إلى ذلك، يقدم أطروحة أيضا امتدادا للتصميم ‪ PCH‬تحكم يستند إلى‬ ‫حالة ‪ .underactuated‬عدم وجود بعض القوى المشغلات خلق عدم القدرة على متابعة‬ ‫الموقف والموقف في الوقت نفسه. تم تطوير تطوير تصميم للتحكم ‪underactuated‬‬ ‫‪ AUV‬امتدادا للتصميم تحكم دفعتها تماما. يتم وضع الشروط اللازمة والكافية‬ ‫لضمان لاستقرار حالة ‪ .underactuated‬نتائج المحاكاة تظهر قدرة التصميم‬ ‫المقترح لدفع ‪ underactuated AUV‬في مسار الأبعاد الثلاثة.‬ ‫في الجزء الأخير من الرسالة، وضعت تصاميم المراقب اثنين. ويستند أول واحد في‬ ‫التخميل خطأ ‪ PCH‬ويقوم الثاني على تصميم يابونوف. ويرد مبدأ فصل لاستكمال‬ ‫إثبات الاستقرار. وقد صممت هذه المراقبين ‪ PCH‬ل ‪ AUV‬مجهزة على حد سواء‬ ‫استشعار دائرة الهجرة والتجنيس واستشعار عمق. نتائج المحاكاة تبين أن الترتيب‬ ‫تحكم-مراقب هي قادرة على تتبع مسار المطلوب مع بعض الانجراف صغيرة على‬ ‫موقف بالقصور الذاتي أفقي. تم تصميم المراقب يابونوف ومقرها لاوط مجهزة‬ ‫قياس منارة بالقصور الذاتي. ويتحقق الاستقرار موحدة أسي العالمية ‪ UGES‬لهذا‬ ‫المراقب. هذه النتائج استقرار في لبنان أقوى بالمقارنة مع نتائج مماثلة في الأدب.‬ ‫أخيرا، وذلك باستخدام نظرية تتالي نظام، ونحن قادرون على تهيئة الظروف‬ ‫لاستقرار النظام ‪ AUV‬حلقة مغلقة وحدة التحكم، المراقب‬

English Abstract

The development of output feedback controller design for AUV is considered in this thesis. The development is carried out in PCH framework. Firstly, the AUV dynamics are transformed into PCH formulation. Then the feedback controllers based on dissipation of the closed loop system are designed. The L2 disturbance attenuation controller and its adaptive scheme are then elaborated. Necessary and sufficient conditions to guaranty stability are stated. Robustness of the con- troller to parameter uncertainties is studied by assuming uncertainties in both in- ertia and damping matrices. The general design approach is applied to develop a PCH-based control design for AUV for trajectory tracking and L2 disturbance attenuation. The simulation shows that the designed controller is robust with respect to uncertainty in inertia and damping matrices respectively. The L2 dis- turbance attenuation controller and its adaptive scheme are able to attenuate the exogenous disturbance effect. In addition, the thesis also presents an extension of PCH based controller design to the underactuated case. An absence of some actuating forces create inability to track the position and attitude at the same time. The development of underac- tuated controller design for AUV is developed as an extension of fully actuated controller design. Necessary and sufficient conditions to guaranty stability for the underactuated condition are developed. Simulation results show the abil- ity of the proposed design to drive the underactuated AUV in three dimensions trajectory. In the last part of the thesis, two observer designs are developed. The first one is based on PCH error passivation and the second is based on Lyapunov design. The separation principle is presented to complete the stability proof. The PCH observers are designed for AUV equipped with both Inertial Navigation System (INS) sensor and depth sensor. The simulation results show that the controller- observer arrangement is able to track the desired trajectory with some small drift on the horizontal inertial position. The Lyapunov-based observer is designed for AUV equipped with beacon inertial measurement. Uniform Global Exponential Stability (UGES) is achieved for this observer. These stability results are stronger when compared to similar results in the literature. Finally, using the cascaded- system theory, we are able to establish the stability conditions for AUV controller- observer closed-loop system.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Systems
Engineering
Divisions:College Of Computer Sciences and Engineering > Systems Engineering Dept
Committee Advisor:El ferik, Sami
Committee Members:AL-Sunni, Fouad and El Shafei, Mostafa
ID Code:138719
Deposited By:Muhammad Fuady Emzir (g200903910)
Deposited On:10 Jul 2012 09:45
Last Modified:24 Nov 2014 10:45

Repository Staff Only: item control page