输入饱和的水下机器人反演滑模控制技术

为了改善执行器输入饱和情况下六自由度无缆水下机器人的轨迹跟踪和姿态控制特性,推导了六自由度全驱动水下机器人KAMBARA的运动学模型和动力学模型,提出将反演法与滑模控制相结合的控制方法。考虑直流电机作为水下机器人的执行机构,对直流电机固有机械特性进行建模分析,电机的固有机械特性即为输入饱和的限制条件。仿真结果表明,在模型不确定性及输入饱和的情况下,反演滑模方法在水下机器人的轨迹跟踪和姿态控制上依然取得了良好的控制效果,验证了反演滑模法的工程可行性。

基于线性工作点的水下机器人H∞鲁棒控制

为使全驱动六自由度水下机器人(AUV)能够在水动力学参数不确定及海流扰动的情况下保证控制器的鲁棒性要求,需要合理对AUV的非线性模型进行线性化。本文基于工作点处的线性化六自由度AUV方程,通过应用加性摄动模型,得到适用于鲁棒控制的线性化模型,并设计对应的六自由度H∞鲁棒控制器。对该控制器与多自由度PID控制器的仿真试验,结果显示,控制器具有良好的信号跟踪及干扰抑制能力,验证了H∞鲁棒控制对本文提出的六自由度AUV工作点处线性模型控制的有效性。

基于改进型ADRC的全驱动AUV建模与仿真

自主水下航行器(AUV)具有非线性、强耦合且易受外界干扰等特点。为进一步提高AUV的控制精度,文中首先对六自由度全驱动AUV进行了建模,并搭建了相应的比例-积分-微分(PID)控制器和自抗扰控制器(ADRC),对比分析可知,传统ADRC待调整参数过多且跟踪微分器(TD)环节速度较慢。针对此,采用Asin函数对传统ADRC的各环节进行了简化,改进了TD的结构,并在相同仿真条件下对PID控制器及改进型ADRC控制器的控制效果进行了仿真。结果表明,在对多自由度运动系统进行控制时,改进型ADRC相较于PID的控制精度更高,抗干扰能力也更强。