基于自抗擾技術(shù)的欠驅(qū)動AUV路徑跟隨控制.pdf

1、欠驅(qū)動智能水下機器人(AUV)的執(zhí)行機構(gòu)一般采用舵槳翼聯(lián)合操縱的設計方式,由推進器驅(qū)動水下機器人的縱向運動,通過控制舵、翼改變水動力來實現(xiàn)轉(zhuǎn)艏運動和升沉運動。欠驅(qū)動AUV自身運動具有高度的非線性以及強耦合性,并且,在水下航行時容易受到海流以及信號傳輸干擾等問題,這些因素都給其運動控制帶來了很大的難度。不過,水下機器人在執(zhí)行海底石油管道檢測、海底地貌測繪,以及一些軍事任務時,需要一種合適的控制方法來保證AUV能夠高效、準確的跟隨特定路線。

2、因而本文選用了中科院系統(tǒng)科學院研究所韓京清研究員及其團隊提出的自抗擾控制控制方法來進行欠驅(qū)動AUV路徑跟隨控制器的設計。
　　自抗擾控制(ADRC)技術(shù)不會過分依賴于對象模型,能將被控對象中的內(nèi)部干擾和外部干擾綜合為系統(tǒng)所受的未知干擾,通過設計擴張狀態(tài)觀測器和誤差的非線性反饋,實現(xiàn)實時估計擾動及補償擾動的性能,并使用建立合適的誤差非線性反饋來提高系統(tǒng)的魯棒能力。目前,ADRC已在多個領(lǐng)域的一些實際問題中得到了成功應用。
　　

3、本文重點對欠驅(qū)動AUV的自抗擾路徑跟隨控制方法進行了研究:首先,根據(jù)牛頓力學、剛體運動力學以及流體力學的相關(guān)理論建立了AUV運動的六自由度數(shù)學模型,并利用平面運動假設對其進行了解耦處理;然后,結(jié)合Serret-Frenet坐標系建立合適的路徑跟隨誤差方程,使用二階ADRC分別設計了針對某欠驅(qū)動AUV的水平面路徑跟隨以及垂直面路徑跟隨控制器;再在MATLAB/Simulink中利用S-函數(shù)實現(xiàn)了ADRC控制算法,并總結(jié)了自抗擾路徑跟隨控制