基于滤波反步法的欠驱动AUV三维路径跟踪控制

研究了欠驱动自主水下航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV)的三维空间路径跟踪控制问题.针对基于虚拟向导建立的三维路径跟踪误差模型,采用滤波反步法设计跟踪控制器,通过二阶滤波过程获得虚拟控制量的导数,避免了直接对虚拟控制量解析求导的复杂过程,同时滤除了高频测量噪声,增加了系统对噪声的鲁棒性.通过设计滤波误差补偿回路,保证了滤波信号对虚拟控制量的逼近精度.基于李雅普诺夫稳定性理论设计鲁棒项,保证了闭环跟踪误差系统状态的渐近稳定.仿真结果表明了该控制器对噪声干扰具有一定的鲁棒性,能够实现对三维路径的精确跟踪.

基于反馈增益反步法欠驱动无人水下航行器三维路径跟踪控制

针对欠驱动无人水下航行器的三维空间路径跟踪控制问题.基于虚拟向导建立载体坐标系下的三维路径跟踪运动学误差模型,首先设计跟踪误差反馈增益形式的线性控制项镇定位置跟踪系统,避免计算虚拟控制量导数的复杂形式;然后基于反步法设计动力学控制器,通过合理的选择控制器参数消除了部分非线性项,简化了虚拟控制量的形式,同时避免了采用传统反步法设计控制器时存在的奇异值问题,基于李雅普诺夫稳定性理论设计鲁棒反馈补偿项,保证了闭环跟踪误差系统状态的一致最终有界.仿真实验表明本文设计控制器能够精确跟踪三维曲线路径,并对外界干扰具有较好的鲁棒性.

自主式水下航行器三维路径跟踪的神经网络H_∞鲁棒自适应控制方法

本文研究了存在模型不确定以及外界未知扰动情况下的自主式水下航行器(AUV)的三维路径跟踪控制问题.针对此问题,首先利用时标分离原理及正交投影Serret-Frenet坐标系建立了描述AUV质心运动及姿态运动的的仿射非线性数学模型.其次,在控制器设计中运用神经网络H∞鲁棒自适应算法克服了模型的不确定性及扰动,同时在控制器设计中利用了主导输入的思想,降低了闭环系统的复杂度,减少了实时计算工作量,便于工程应用.基于Lyapunov理论的分析保证了系统的稳定性.仿真结果表明,路径跟踪控制律可以保证AUV沿期望路径运动,并且具有良好的动态性能.

全驱动型AUV三维路径跟踪控制系统设计及分析

[目的]为满足全驱动型自主式水下机器人(AUV)水下搜救、回收及海底地貌成像等实际任务需求,研究全驱动型AUV三维路径跟踪控制应用的方法。[方法]阐述自主研发的“探海I型”全驱动型AUV系统组成,研究并建立该AUV推进器、水平面和垂直面控制的数学模型,设计一种新颖的智能积分S面三维路径跟踪控制器,分析设计的控制系统的稳定性,并通过仿真及湖上试验进行验证。[结果]结果表明所开发的AUV运行可靠,设计的控制器能较好地完成三维路径跟踪任务,可满足水下实际任务的需求,[结论]其三维路径跟踪控制器对全驱动型AUV及其他领域的路径跟踪控制应用具有借鉴意义。

水产养殖机器鱼设计与三维路径跟踪控制

为方便监测水质与水下鱼群活动,本研究设计了一款面向全水域实时监测的水产养殖机器鱼,并搭建了机器鱼控制系统,开展了机器鱼三维路径跟踪控制研究。在Serret-Frenet坐标系下建立了机器鱼三维空间路径跟踪误差模型,并基于LOS制导律和李雅普诺夫理论设计了一种模糊滑模控制器,最后利用Matlab仿真对本研究提出的控制算法的有效性进行验证。仿真结果表明:所设计的控制器能使机器鱼在模型参数不确定性、外部干扰未知的情况下实现三维路径跟踪控制,其控制精度和鲁棒性明显优于常规PID与滑模控制器。

欠驱动AUV三维路径跟踪RBF神经网络积分滑模控制

针对欠驱动自主水下航行器(AUV)在未知参数摄动上界约束下三维路径跟踪问题,为了抑制外界扰动和滑模控制产生的抖振,提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络积分滑模的空间路径跟踪控制器。通过引入Serret-Frenet局部坐标系和视线法(LOS)制导律,将路径跟踪的位置误差镇定转换为视线角误差的镇定。在此基础上,基于Lyapunov直接法设计运动学虚拟控制律,用以镇定视线角误差。并通过引入RBF神经网络和积分滑模面,设计动力学路径跟踪控制器。Lyapunov稳定性理论证明了所设计的路径跟踪控制器的稳定性。仿真对比结果表明,该路径跟踪控制器在不失快速性的前提下能够有效跟踪三维直线路径,提高了控制精度,且抑制了抖振,对外界扰动具有一定的鲁棒性。

基于干扰观测器的AUV三维路径滑模跟踪控制

为了确保欠驱动自主式水下机器人(AUV)在受到外界干扰情况下仍然可以实现对三维路径的跟踪控制,设计基于干扰观测器的反步滑模控制器。针对欠驱动AUV 5自由度状态方程,考虑外界干扰对AUV运动的影响,设计干扰观测器实时估计干扰;通过欠驱动AUV的状态方程与三维路径跟踪误差模型得到系统的镇定模型;利用得到的干扰估计值,设计反步滑模复合控制器来控制AUV实现三维路径跟踪,并通过Lyapunov稳定性理论证明闭环系统渐近稳定。仿真结果表明:该控制器对欠驱动AUV实现三维路径的精确跟踪有良好的控制效果和抗干扰能力。