【摘要】：針對具有模型不確定性和輸入飽和的欠驅動自主水下航行器(AUV),提出一種基于改進反步法的簡單實用三維空間曲線路徑跟蹤魯棒控制器。在Serret-Frenet坐標系下建立了空間曲線路徑跟蹤誤差模型,結合視線角制導和虛擬向導法,設計了基于李雅普諾夫理論和改進反步法的運動學和動力學控制器。不同于傳統(tǒng)的積分器反步法,該方法在控制器設計中采用跟蹤誤差的積分來增加控制器的魯棒性,不會增加系統(tǒng)的狀態(tài)變量和計算量;針對設計的運動學控制器存在非因果現(xiàn)象的問題,借助動力學模型求解出運動學控制器表達式;針對傳統(tǒng)反步法存在的"微分爆炸"現(xiàn)象及動力學控制器過于復雜的問題,采用非線性跟蹤微分器對控制器進行簡化。仿真結果表明:采用所設計的基于改進反步法的控制器能夠實現(xiàn)欠驅動AUV在模型參數(shù)不確定性和輸入飽和作用下的三維空間曲線路徑跟蹤控制,控制精度和魯棒性明顯優(yōu)于常規(guī)反步法。
[Abstract]:A simple and practical robust controller based on improved backstepping for underactuated autonomous underwater vehicle (AUV),) with model uncertainty and input saturation is proposed. The path tracking error model of space curve is established in Serret-Frenet coordinate system. The kinematics and dynamics controller based on Lyapunov theory and improved backstepping method is designed with the help of angle of sight guidance and virtual guide method. Different from the traditional integrator backstepping method, this method uses the integral of tracking error to increase the robustness of the controller, and does not increase the system state variables and computational complexity. In order to solve the problem of non-causal phenomenon in the kinematics controller, the kinematic controller expression is solved by means of dynamic model. Aiming at the problem of "differential explosion" existing in traditional backstepping method and the complexity of dynamic controller, the nonlinear tracking differentiator is used to simplify the controller. The simulation results show that the proposed controller based on the improved backstepping method can realize the path tracking control of the 3D curve under the uncertainty of the model parameters and the input saturation of the underactuated AUV. The control accuracy and robustness are obviously superior to the conventional backstepping method.
【作者單位】： 北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院;中國船舶重工集團公司第710研究所;61267部隊第41分隊;
【基金】：國家“973”計劃項目(2014CB046402) 國家自然科學基金項目(51575019)
【分類號】：TP273;U664.82

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本文編號：2301398