参数摄动下基于积分滑模的欠驱动UUV轨迹跟踪控制方法

严浙平, 李 响, 宋育武, 李 娟, 3



参数摄动下基于积分滑模的欠驱动UUV轨迹跟踪控制方法

严浙平1, 李 响1, 宋育武2, 李 娟1, 3

(1. 哈尔滨工程大学 自动化学院, 黑龙江 哈尔滨, 150001; 2. 空军哈尔滨飞行学院 理论训练系, 黑龙江 哈尔滨, 150001; 3. 哈尔滨工程大学 水下机器人技术重点实验室, 黑龙江 哈尔滨, 150001)

针对参数摄动下欠驱动无人水下航行器(UUV)水平面轨迹跟踪控制问题, 提出了一种基于积分滑模的轨迹跟踪控制方法。该方法利用航行器的运动特性建立轨迹跟踪误差方程, 结合反步法和积分滑模控制方法, 分别设计了1阶积分滑模纵向速度控制器和偏航角速度控制器, 实现了参数摄动下水平面轨迹跟踪并证明了系统的稳定性。仿真结果表明, 所提出的轨迹跟踪控制方法可以有效地完成轨迹跟踪任务并且对参数摄动具有很强的鲁棒性。

欠驱动UUV; 轨迹跟踪; 参数摄动; 积分滑模控制; 反步法

0 引言

近年来, 随着海洋开发的日益深入, 无人水下航行器(unmanned undersea vehicle, UUV)在海洋科学调查、海洋资源勘探以及海底地形勘察等方面得到了广泛应用, 而UUV轨迹跟踪控制是实现上述任务的技术基础[1-2]。综合考虑UUV的总体质量、推进效率等方面, UUV的运动执行机构通常设计为欠驱动模式, 文中研究的UUV在水平方向缺少直接的推进器, 属于典型的欠驱动系统。此外, 欠驱动UUV运动系统还会受到参数摄动、海流等内外扰动的影响[3], 增加了欠驱动UUV运动控制器的设计难度。

目前, 国内外学者对欠驱动UUV轨迹跟踪控制的研究已经取得了一定成果。……