水下机器人基于sigmoid函数的软变结构控制

刘云龙， 高存臣， 任启峰， 郭真真

(1.中国海洋大学数学科学学院，山东青岛 266100;2.中国海洋大学信息科学与工程学院，山东青岛 266100)

0 引言

随着海洋经济的迅速发展，能够进行海洋资源开发和探测的水下机器人研究受到了国内外众多科研机构和学者的广泛关注［1-3］。具有良好动态与稳态性能的控制系统是他们进行高质量水下探测的前提。由于水下机器人系统各个自由度之间相互耦合、运动的时变性以及环境的复杂性，水下机器人系统设计需要采用调节精确度高、响应速度快的控制策略，以提高水下机器人的适应性和自主性。

变结构控制是一种先进的非线性控制策略，其非线性主要表现为控制的不连续性。滑模控制是变结构控制策略中一种简单有效的控制模式，其滑动模态对系统内部参数摄动和外部干扰具有完全鲁棒性［4］。近年来，滑模变结构控制理论在滞后系统、随机系统、广义系统、混沌系统等领域取得了很大进展。最优控制［5］、自适应控制［6］、模糊控制［7］等智能控制策略也被应用于滑模变结构控制设计。文献［8］给出了轮式移动机器人的滑模跟踪控制设计。然而，滑模控制会引起一定的系统抖振，影响系统性能。Sigmoid函数具有光滑性、严格单调性、饱和性特点。所谓饱和性是指函数值有上、下界，饱和值可为0/1，±1等［9］。文献［10］给出了基于 sigmoid函数的滑模控制，削弱了系统抖振，系统最终趋近于平衡态，但趋近过程时间较长。文献［11］融合了PID控制、模糊控制和神经网络控制等，给出了一种实用的S面控制策略，改进了水下机器人控制器的收敛速度。……