多约束模型预测控制在AUV深度控制中的应用

杨德成，郭亦平，任元洲，王益民

(1.海军装备部驻武汉地区军事代表局驻九江地区军事代表室，江西九江332007；2.天津航海仪器研究所九江分部，江西九江332007)

0 引言

水下自主无人航行器（AUV）已广泛应用于海洋救助、打捞、海洋资源调查、石油开采等民用领域，并可承担扫雷、侦察、情报搜集及海洋探测等军事任务[1]。作为AUV的核心技术之一，运动控制技术得到国内外学者的广泛关注，相关人员开展了大量的理论研究和工程实践工作，推动了AUV控制技术的发展。1989年，Su r[2]采用滑模变结构控制方法，设计了NPSⅡAUV的深度控制算法；1994年，Hajosy[3]针对浅水环境中的UUV操纵控制，设计了六自由度滑模控制算法，并利用加权最小二乘法对其修正，获得了浅水环境下航向深度联合操纵的四自由度滑模控制算法，并利用21UUV对算法进行了验证。2005年，Hyun-Sik K im等[4]针对水下飞行器（underw ater flight vehicle，UFV）的深度控制，采用自适应模糊滑模控制原理，分别设计了UFV的深度和纵倾控制算法，并采用深度控制器和纵倾控制器相互切换的策略，实现了多操纵面控制的UFV深度控制。2017年，Raja Rout[5]考虑到AUV航迹偏差跟踪控制过程中需限制最大转首速度和操纵面的偏转角度，基于显式模型预测控制理论，设计了多约束条件下的AUV航迹跟踪模型预测控制算法，并在实验室验证了算法的有效性。高剑[6]采用级联系统稳定性理论和反馈线性化技术，设计了AUV的三维空间直线航迹跟踪控制算法，并证明了欠驱动UUV三维空间直线航迹跟踪的全局K指数稳定性。熊华胜等[7]研究了H∞控制在AUV深度控制中的应用，提出的AUV垂直面运动鲁棒控制器具有动态性能好、系统鲁棒性强的特点。……