【摘要】：考慮自治水下機器人(AUV)在水平面運動狀況,針對路徑跟蹤控制問題,為了簡化控制器推導(dǎo)過程,引入Serret-Frenet坐標(biāo)系,并在此坐標(biāo)系下建立路徑跟蹤誤差系統(tǒng);路徑上的虛擬參考目標(biāo)點不是距離AUV的最近點,從而放寬了控制器設(shè)計的初始條件限制;同時考慮速度規(guī)劃指標(biāo)并采用視線角導(dǎo)航,使得AUV實現(xiàn)有經(jīng)驗的舵手操舵行為.該方法充分考慮了AUV動態(tài)系統(tǒng)中大量參數(shù)時變的特性,對于系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)變化、不確定性以及外部干擾具有很強的魯棒性.
【圖文】：

的變化逡逑而改變操舵行為，從而使ＡＵＶ快速收斂到期望路徑上．控制器設(shè)計基于Ｌｙａｐｕｎｏｖ理論和逡逑Ｂａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇ技術(shù)．最后通過Ｌｙａｐｕｎｏｖ穩(wěn)定理論證明了閉環(huán)系統(tǒng)所有誤差信號最終一致有逡逑界．仿真試驗表明該方法對于系統(tǒng)時變而引起的參數(shù)攝動問題、系統(tǒng)模型不確定性以及外逡逑部干擾具有很強的適應(yīng)性和魯棒性．逡逑２問題描述逡逑本文研究的ＡＵＶ在水平方向運動時為全驅(qū)動，即分別存在ｚ方向和ｙ方向的作用力，逡逑以及首搖方向的控制力矩．逡逑ｙ＇邐期屮路徑逡逑的0邐７－逡逑圖１路徑跟蹤示意圖逡逑（Ｆｉｇｕｒｅ邋１邋Ｐａｔｈ邋ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ邋ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ邋ｆｒａｍｅ）逡逑圖１為ＡＵＶ水平面路徑跟蹤示意圖．｛［／｝、｛0和｛Ｓ｝分別代表慣性坐標(biāo)系、Ｓｅｒｒｅｔ－逡逑Ｆｒｅｎｅｔ邋坐標(biāo)系邋和載體坐標(biāo)系．在曲線的微分幾邋何中，，邋Ｓｅｒｒｅｔ－Ｆｒｅｎｅｔ邋坐標(biāo)系是分邋析曲線的最重逡逑要工具之一，它相當(dāng)于一個活動標(biāo)架．其中，Ｐ為期望路徑上任意一點，以Ｐ點的切線方向逡逑氏和垂線方向Ｋ為坐標(biāo)軸建立｛Ｆ｝坐標(biāo)系．Ｑ為ＡＵＶ的重心，與體坐標(biāo)系原點０Ｓ重逡逑合．利Ｔ表示Ｑ在慣性坐標(biāo)系｛［／｝中的位置和姿態(tài)向量．０為首搖角，用來確定從逡逑到｛［／｝的轉(zhuǎn)換矩陣．［ｕｊ，ｒｆ為重心Ｑ在｛Ｓ｝中的線速度和角速度向童？并且假設(shè)ｗ邋＃邋０．逡逑抑＝為合速度，當(dāng)ＡＵＶ橫蕩速度Ｉ；邋／邋０時，在載體坐標(biāo)系下，徑向方向ｕ與合速度逡逑方向叫不一致，所以存在側(cè)漂角／？邋＝邋ａｒｃｔａｎｇ）．邋Ｓｌ，仍分別表示Ｐ點與Ｑ點間距離在逡逑軸，軸上的投影長度．為合速度叫與ａ？軸之間的夾角，且＝矽＋邋／３．也為合速度逡逑叫與ＰＳｉ軸之間的夾角．逡逑ＡＵＶ

，初始方位角矽（0）邋＝邋ｆｒａｄ，初始速度ｗ（０）邋＝邋０．２ｍ／ｓ，邋ｖ（０）邋＝邋—０．６ｍ／ｓ，初始角速度逡逑ｒ＊邋（０）邋＝邋Ｏｒａｄ／ｓ．虛擬參考目標(biāo)點沿路徑初始橫坐標(biāo)ｓ（０）邋＝邋０．逡逑假設(shè)ＡＵＶ模型中實際參數(shù)值是標(biāo)稱值的２倍，即：Ｐ邋＝邋２Ｐｇ．逡逑７０邋｜邐邐邐＇邐邐邐＇邐１逡逑６０邋？逡逑■邋ＡＵＶ邋ｐａｔｈ逡逑知邐邐ｄｅｓｉｒｅｄ邋ｐａｔｈ逡逑１０邐１邐—邐１邐１邐逡逑０邐１０邐２１）邐３０邐４０邐ＳＯ逡逑ＡＴ（ｍ）逡逑圖４邋ＡＵＶ曲線路徑跟蹤圖逡逑（Ｆｉｇｕｒｅ邋４邋Ｔｈｅ邋ｃｕｒｖｅ邋ｐａｔｈ邋ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ邋ｆｉｇｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＡＵＶ）逡逑

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本文編號：2632002