老牛国产传媒,国产福利精品一区二区

水下航行器智能航向滑?？刂?

2017年電子技術(shù)應(yīng)用第7期

劉青,，黃茹楠,，陳勇,，李建坡,，趙德林

燕山大學(xué) 電氣工程學(xué)院,，河北秦皇島066004

摘要： 為了實現(xiàn)對自主水下航行器參考航向的平滑、快速跟蹤，提出了一種基于干擾觀測器的航向跟蹤自適應(yīng)反演滑?？刂扑惴?。針對水池試驗中不同程度的水流干擾，利用一種干擾觀測器觀測系統(tǒng)的不確定性和外部干擾,，未觀測到的部分干擾采用自適應(yīng)滑?？刂破鬟M行補償?？刂破鞯脑O(shè)計消除了傳統(tǒng)滑?？刂频摹岸墩瘛爆F(xiàn)象,，且保證了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,。同時該控制系統(tǒng)可智能選取控制策略，通過判斷水流循環(huán)等外界干擾的程度,，自動選取合適的控制策略,，最終消除外界干擾，提高了跟蹤的穩(wěn)定性和快速性,。仿真結(jié)果表明,，該控制策略能很好地實現(xiàn)智能航向跟蹤控制，使跟蹤誤差在有限時間內(nèi)快速收斂到零,，對外界擾動的變化具有強魯棒性和良好的自適應(yīng)性,。

關(guān)鍵詞： 自主水下航行器干擾觀測器自適應(yīng)反演滑?？刂?/a>

中圖分類號： TN911.23,；TP13
文獻標(biāo)識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2017.07.030
中文引用格式： 劉青，黃茹楠,，陳勇,，等. 水下航行器智能航向滑模控制[J].電子技術(shù)應(yīng)用,，2017,，43(7)：117-121.
英文引用格式： Liu Qing，Huang Runan,，Chen Yong,，et al. Intelligent sliding mode control for underwater vehicle[J].Application of Electronic Technique，2017,，43(7)：117-121.

Intelligent sliding mode control for underwater vehicle

Liu Qing,，Huang Runan，Chen Yong,，Li Jianpo,，Zhao Delin

College of Electrical Engineering，Yanshan University，Qinhuangdao 066004,，China

Abstract： To achieve the Autonomous Underwater Vechile(AUV)’s course tracking stably, a method of adaptive backstepping Sliding Mode Control(SMC) control algorithm based on disturbance observer is put forward. In view of the interference of diffenent degrees of water flow in the pool, a disturbance observer is used to observe the uncertainties and extern interfence. An adaptive sliding mode controller is designed to compensate for partial interference that is not observed. The proposed controller can eliminate the chattering phenomenon and guarantee the stability of the closed-loop system. At the same time, the control system can select intelligent control strategy, by judging the degree of the water flow circulation disturbance, automatically select the appropriate control strategy, and ultimately eliminate the interference, improve the tracking stability and speediness. The simulation results show that control strategy can achieve the course tracking control perfectly, and the tracking error can quickly converge to zero in finite time. The algorithm has strong robustness and good adaptability.

Key words : Autonomous Underwater Vechile(AUV),；disturbance observer；adaptive backstepping Sliding Mode Control(SMC)

0 引言

水下航行器的航向控制是航行器路線控制最基本的內(nèi)容,，是該控制領(lǐng)域中的一個重要研究課題^[1],。本文所研究的水下航行器屬于自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle，AUV),，由于其質(zhì)量和體積均較小,，導(dǎo)致它對水下復(fù)雜環(huán)境的敏感度較強，極易受到各種外界干擾因素的影響,，因而航向控制的穩(wěn)定性,、響應(yīng)跟蹤過程的機動性以及航向跟蹤的精度無法得到保證?；?或變結(jié)構(gòu))控制^[2-3]由于其響應(yīng)速度快,、抗干擾性能好及算法簡單等特點而受到了國內(nèi)外控制界的普遍重視。

為了消除外界干擾以及消弱滑?？刂茙淼亩墩?，實現(xiàn)航行器的精確的軌跡跟蹤控制，許多學(xué)者對其進行了研究,，目前主要的研究方法有自適應(yīng)方法^[4],、干擾觀測器方法^[5-7]和魯棒控制方法^[8]。王林等人^[9]基于backstepping方法結(jié)合自適應(yīng)方法與變結(jié)構(gòu)滑?？刂圃O(shè)計出航向控制器,，借助Lyapunov函數(shù)證明了該控制器具有良好的動靜態(tài)性能,但沒有考慮到外界干擾力的影響。廖煜雷等人^[10]為跟蹤參考航向設(shè)計了反演自適應(yīng)滑?？刂破?，在設(shè)計中考慮了舵機特性及建模誤差和環(huán)境干擾力的影響，但沒有考慮較大干擾產(chǎn)生時對跟蹤性能的影響,。朱齊丹等人^[11]利用反步法和滑模觀測器設(shè)計的航向控制器能夠?qū)崿F(xiàn)較好的航向跟蹤,，但反步法設(shè)計過程中未對干擾觀測器未觀測到部分干擾進行再補償，可能會引起跟蹤過程中產(chǎn)生的跟蹤不穩(wěn)定現(xiàn)象,。