基于自抗擾技術(shù)的欠驅(qū)動(dòng)AUV路徑跟隨控制.pdf

1、欠驅(qū)動(dòng)智能水下機(jī)器人(AUV)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般采用舵槳翼聯(lián)合操縱的設(shè)計(jì)方式,由推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)水下機(jī)器人的縱向運(yùn)動(dòng),通過控制舵、翼改變水動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)艏運(yùn)動(dòng)和升沉運(yùn)動(dòng)。欠驅(qū)動(dòng)AUV自身運(yùn)動(dòng)具有高度的非線性以及強(qiáng)耦合性,并且,在水下航行時(shí)容易受到海流以及信號(hào)傳輸干擾等問題,這些因素都給其運(yùn)動(dòng)控制帶來(lái)了很大的難度。不過,水下機(jī)器人在執(zhí)行海底石油管道檢測(cè)、海底地貌測(cè)繪,以及一些軍事任務(wù)時(shí),需要一種合適的控制方法來(lái)保證AUV能夠高效、準(zhǔn)確的跟隨特定路線。

2、因而本文選用了中科院系統(tǒng)科學(xué)院研究所韓京清研究員及其團(tuán)隊(duì)提出的自抗擾控制控制方法來(lái)進(jìn)行欠驅(qū)動(dòng)AUV路徑跟隨控制器的設(shè)計(jì)。
　　自抗擾控制(ADRC)技術(shù)不會(huì)過分依賴于對(duì)象模型,能將被控對(duì)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(shè)計(jì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器和誤差的非線性反饋,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)估計(jì)擾動(dòng)及補(bǔ)償擾動(dòng)的性能,并使用建立合適的誤差非線性反饋來(lái)提高系統(tǒng)的魯棒能力。目前,ADRC已在多個(gè)領(lǐng)域的一些實(shí)際問題中得到了成功應(yīng)用。
　　

3、本文重點(diǎn)對(duì)欠驅(qū)動(dòng)AUV的自抗擾路徑跟隨控制方法進(jìn)行了研究:首先,根據(jù)牛頓力學(xué)、剛體運(yùn)動(dòng)力學(xué)以及流體力學(xué)的相關(guān)理論建立了AUV運(yùn)動(dòng)的六自由度數(shù)學(xué)模型,并利用平面運(yùn)動(dòng)假設(shè)對(duì)其進(jìn)行了解耦處理;然后,結(jié)合Serret-Frenet坐標(biāo)系建立合適的路徑跟隨誤差方程,使用二階ADRC分別設(shè)計(jì)了針對(duì)某欠驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)了ADRC控制算法,并總結(jié)了自抗擾路徑跟隨控制