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Adaptive Backstepping Terminal Sliding Mode Control Method Based on Recurrent Neural Networks for Autonomous Underwater Vehicle 被引量:12
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作者 Chao Yang Feng Yao Ming-Jun Zhang 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第6期228-243,共16页
The trajectory tracking control problem is addressed for autonomous underwater vehicle(AUV) in marine environ?ment, with presence of the influence of the uncertain factors including ocean current disturbance, dynamic ... The trajectory tracking control problem is addressed for autonomous underwater vehicle(AUV) in marine environ?ment, with presence of the influence of the uncertain factors including ocean current disturbance, dynamic modeling uncertainty, and thrust model errors. To improve the trajectory tracking accuracy of AUV, an adaptive backstepping terminal sliding mode control based on recurrent neural networks(RNN) is proposed. Firstly, considering the inaccu?rate of thrust model of thruster, a Taylor’s polynomial is used to obtain the thrust model errors. And then, the dynamic modeling uncertainty and thrust model errors are combined into the system model uncertainty(SMU) of AUV; through the RNN, the SMU and ocean current disturbance are classified, approximated online. Finally, the weights of RNN and other control parameters are adjusted online based on the backstepping terminal sliding mode controller. In addition, a chattering?reduction method is proposed based on sigmoid function. In chattering?reduction method, the sigmoid function is used to realize the continuity of the sliding mode switching function, and the sliding mode switching gain is adjusted online based on the exponential form of the sliding mode function. Based on the Lyapu?nov theory and Barbalat’s lemma, it is theoretically proved that the AUV trajectory tracking error can quickly converge to zero in the finite time. This research proposes a trajectory tracking control method of AUV, which can e ectively achieve high?precision trajectory tracking control of AUV under the influence of the uncertain factors. The feasibility and e ectiveness of the proposed method is demonstrated with trajectory tracking simulations and pool?experi?ments of AUV. 展开更多
关键词 autonomous underwater vehicle(AUV) Trajectory tracking Neural networks backstepping method Terminal sliding mode adaptive control
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面向海流扰动和通信时延的欠驱动AUV编队跟踪控制 被引量:1
2
作者 丁文俊 张国宗 +3 位作者 刘海旻 柴亚军 王驰宇 毛昭勇 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期184-196,共13页
由欠驱动自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)编队组成的水下探测阵列具有响应快、机动性好、智能化程度高的特点。针对无速度信息传输的多AUV在海流和时延复合扰动下的编队控制问题,提出一种虚拟轨迹、轨迹预测、自适... 由欠驱动自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)编队组成的水下探测阵列具有响应快、机动性好、智能化程度高的特点。针对无速度信息传输的多AUV在海流和时延复合扰动下的编队控制问题,提出一种虚拟轨迹、轨迹预测、自适应反演滑模控制技术相结合的编队控制方法。使用领航者的位置信息和期望队形得到跟随者的参考轨迹,并引入虚拟轨迹使其与跟随者参考轨迹有限时间重合,从而得到跟随者的期望位置和速度。在此基础上,使用最小二乘法拟合轨迹曲线进行时延补偿,并通过自适应反演滑模控制技术完成海流干扰下的编队轨迹跟踪。理论分析和仿真结果表明,新方法具有可行性和有效性。 展开更多
关键词 欠驱动自主水下航行器 编队控制 自适应反演滑模控制 虚拟轨迹 时延
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融合反步法的无人驾驶汽车轨迹跟踪控制方法 被引量:1
3
作者 于蕾艳 郭盼 侯泽宇 《江苏大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第2期125-131,共7页
为了解决无人驾驶汽车轨迹跟踪控制的准确性、稳定性和快速性问题,将反步法分别融合滑模变结构控制和模糊自适应控制.建立车辆三自由度运动学位姿误差微分方程,推导了基于反步法的车速和横摆角速度控制律,结合Lyapunov稳定性判据验证了... 为了解决无人驾驶汽车轨迹跟踪控制的准确性、稳定性和快速性问题,将反步法分别融合滑模变结构控制和模糊自适应控制.建立车辆三自由度运动学位姿误差微分方程,推导了基于反步法的车速和横摆角速度控制律,结合Lyapunov稳定性判据验证了系统稳定性.分别建立融合反步法的滑模变结构和模糊自适应轨迹跟踪控制方法,结合轨迹跟踪稳态误差、超调量和调整时间,验证、比较了控制方法准确性、稳定性和快速性3种性能的优劣.结果表明:融合反步法的滑模变结构轨迹跟踪控制的稳定性最好,轨迹跟踪超调量接近于0;融合反步法的模糊自适应轨迹跟踪控制快速性最好,轨迹跟踪调整时间相对于反步法缩短了18.2%. 展开更多
关键词 无人驾驶汽车 轨迹跟踪控制 反步法 滑模变结构控制 模糊自适应控制
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自主水下航行器轴向运动的自适应反演滑模控制 被引量:12
4
作者 高剑 徐德民 +2 位作者 李俊 严卫生 张福斌 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期552-555,共4页
研究了自主水下航行器在未知海流作用下的轴向运动跟踪控制问题,采用非线性反演设计技术,引入自适应机制在线估计未知海流速度和模型参数,用滑模控制克服系统中的未建模动态特性,保证了轴向位置跟踪误差的全局渐近稳定性。仿真结果表明... 研究了自主水下航行器在未知海流作用下的轴向运动跟踪控制问题,采用非线性反演设计技术,引入自适应机制在线估计未知海流速度和模型参数,用滑模控制克服系统中的未建模动态特性,保证了轴向位置跟踪误差的全局渐近稳定性。仿真结果表明,该自适应反演滑模控制具有良好的鲁棒性和自适应性。 展开更多
关键词 自主水下航行器 轴向运动控制 未知海流 自适应反演滑模控制
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水下机器人基于sigmoid函数的软变结构控制 被引量:19
5
作者 刘云龙 高存臣 +1 位作者 任启峰 郭真真 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第2期90-95,共6页
针对水下机器人滑模变结构控制系统抖振问题,利用具有光滑性和饱和性的sigmoid函数,提出一种水下机器人软变结构控制策略。利用Lyapunov稳定性理论,讨论控制受限情形的水下机器人软变结构控制系统的稳定性,构造基于sigmoid函数的软变结... 针对水下机器人滑模变结构控制系统抖振问题,利用具有光滑性和饱和性的sigmoid函数,提出一种水下机器人软变结构控制策略。利用Lyapunov稳定性理论,讨论控制受限情形的水下机器人软变结构控制系统的稳定性,构造基于sigmoid函数的软变结构控制器,给出水下机器人软变结构控制的具体算法。将基于sigmoid函数的软变结构控制策略用于水下机器人仿真实验研究,实验结果验证了该方法的可行性和有效性。与线性控制、饱和线性控制和基于变饱和函数的软变结构控制3种控制方法进行对比仿真分析,分析结果表明,基于sigmoid函数设计的软变结构控制系统调节精确度高、响应速度快,有效地削弱了系统抖振,具有良好的动态性能。 展开更多
关键词 水下机器人 滑模控制 软变结构控制 SIGMOID函数 抖振
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仅利用位置信息的自主水下航行器主从式编队控制方法 被引量:11
6
作者 崔荣鑫 徐德民 严卫生 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第8期980-984,共5页
研究了自主水下航行器的主从式编队控制问题,提出了跟随者仅利用领航者的位置及航向信息,而不利用领航者的速度、角速度和动力学模型信息的编队控制方法。根据领航者的运动状态及期望的编队队形推导出跟随者的参考路径,并仅利用领航者... 研究了自主水下航行器的主从式编队控制问题,提出了跟随者仅利用领航者的位置及航向信息,而不利用领航者的速度、角速度和动力学模型信息的编队控制方法。根据领航者的运动状态及期望的编队队形推导出跟随者的参考路径,并仅利用领航者的位置及航向信息设计一虚拟航行器,使其轨迹与参考路径在有限时间内重合。考虑了水下航行器的参数不确定性以及海流干扰等特点,给出了跟随者的自适应变结构控制律,使得跟随者沿着虚拟航行器的轨迹运动,从而与领航者保持期望的距离,达到编队控制的目的。仿真结果表明所提出的算法是有效的。 展开更多
关键词 控制理论 自主水下航行器 编队控制 主从式 虚拟航行器 自适应变结构控制
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基于自适应反步法的自主水下机器人变深控制 被引量:10
7
作者 贾鹤鸣 宋文龙 陈子印 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期15-20,共6页
为实现自主水下机器人(AUV)的高精度变深控制,基于AUV垂直面的运动学和非线性动力学模型,提出了神经网络自适应迭代反步控制方法,设计了运动学和动力学控制器.文中首先考虑AUV非线性模型的攻角和水动力阻尼系数的不确定性,设计神经网络... 为实现自主水下机器人(AUV)的高精度变深控制,基于AUV垂直面的运动学和非线性动力学模型,提出了神经网络自适应迭代反步控制方法,设计了运动学和动力学控制器.文中首先考虑AUV非线性模型的攻角和水动力阻尼系数的不确定性,设计神经网络控制器来对纵倾运动中的非线性水动力阻尼项和外界海流干扰作用进行在线估计,并基于Lyapunov稳定性理论设计神经网络权值的自适应律,保证系统闭环信号的一致最终有界.最后通过两组仿真实验,比较了所设计的控制器在设定控制器增益参数下的系统响应和在扰动作用下的变深控制性能,结果表明,所设计的控制器具有较小的稳态误差和较高的跟踪精度. 展开更多
关键词 自主水下机器人 变深控制 反步法 神经网络 自适应方法
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基于自适应反演滑模控制的AUV水平面动力定位方法 被引量:8
8
作者 高剑 徐德民 严卫生 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2007年第6期738-740,共3页
自主水下航行器(AUV)是一种高度耦合的强非线性系统,传统的定位方法采用解耦线性化模型,很难保证控制品质。本文针对未知海流作用下AUV的非线性水平面运动模型,充分利用其运动学和动力学模型的特性,提出了基于自适应反演设计方法的AUV... 自主水下航行器(AUV)是一种高度耦合的强非线性系统,传统的定位方法采用解耦线性化模型,很难保证控制品质。本文针对未知海流作用下AUV的非线性水平面运动模型,充分利用其运动学和动力学模型的特性,提出了基于自适应反演设计方法的AUV水平面动力定位算法,在线估计海流速度。仿真结果验证了跟踪控制系统的全局渐进稳定性,及对有界外部扰动的鲁棒性。 展开更多
关键词 自主水下航行器 自适应反演滑模控制 动力定位
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自主水下航行器的自适应反演变结构控制器设计 被引量:3
9
作者 闫茂德 许化龙 贺昱曜 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2005年第3期18-21,共4页
由于水下航行器是高度耦合、复杂的多输入多输出不确定性非线性系统。对水下航行器进行精确作业时的运动控制一直是其实用化过程中困扰人们的问题。将自适应反演控制技术和变结构控制策略相结合,提出了一种基于反演技术的自适应变结构... 由于水下航行器是高度耦合、复杂的多输入多输出不确定性非线性系统。对水下航行器进行精确作业时的运动控制一直是其实用化过程中困扰人们的问题。将自适应反演控制技术和变结构控制策略相结合,提出了一种基于反演技术的自适应变结构控制器设计方法,实现AUV水平侧移和航向控制,并利用自主水下航行器模型进行了仿真研究。仿真结果表明,该控制方法对模型不确定性和不确定环境干扰表现出良好的鲁棒性和自适应性。 展开更多
关键词 自主水下航行器 反演 变结构控制 自适应控制
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海流作用下全驱动自主式水下航行器环境最优动力定位控制 被引量:7
10
作者 葛晖 敬忠良 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期961-965,共5页
针对海流作用下的全驱动自主式水下航行器(AUV)的动力定位控制,提出了一种新的环境最优动力定位控制策略.通过位置、姿态控制,使得水下航行器的头部"顶住"海流,并和目标点保持一定距离,此时海流的扰动力由轴向主推进器承担,... 针对海流作用下的全驱动自主式水下航行器(AUV)的动力定位控制,提出了一种新的环境最优动力定位控制策略.通过位置、姿态控制,使得水下航行器的头部"顶住"海流,并和目标点保持一定距离,此时海流的扰动力由轴向主推进器承担,减少了辅助推进器的工作量,同时降低能源消耗.考虑到海流作为系统模型中的非匹配不确定性,基于神经网络自适应反演法设计了动力定位控制器.通过计算机仿真,验证了控制算法的有效性以及鲁棒性. 展开更多
关键词 环境最优 动力定位 自主式水下航行器 神经网络 自适应反演
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可控翼混合驱动水下滑翔机运动性能研究 被引量:8
11
作者 田文龙 宋保维 刘郑国 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期122-128,共7页
提出了一种可控翼混合驱动水下滑翔机的概念,借助独立控制的左右滑翔翼和螺旋桨推进器,该滑翔机能够实现高效率滑翔推进和高机动性螺旋桨推进2种推进方式,可有效解决现有水下滑翔机或推进效率低或机动性差的问题。为了研究该滑翔机的运... 提出了一种可控翼混合驱动水下滑翔机的概念,借助独立控制的左右滑翔翼和螺旋桨推进器,该滑翔机能够实现高效率滑翔推进和高机动性螺旋桨推进2种推进方式,可有效解决现有水下滑翔机或推进效率低或机动性差的问题。为了研究该滑翔机的运动性能,基于Newton-Euler法建立了六自由度运动数学模型。通过求解稳态滑翔运动平衡方程,定量分析了可控翼翻转角对滑翔机滑翔性能的影响。根据六自由度动力学模型,对该滑翔机的滑翔运动和螺旋桨推进运动进行了仿真研究,仿真结果表明可控翼混合驱动水下滑翔机相比常规水下滑翔机有较高的航行性能。 展开更多
关键词 可控翼 混合驱动 水下滑翔机 运动性能 动力学建模
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基于切换模糊化的滑模变结构AUV姿态控制 被引量:4
12
作者 郝阳 赵新华 《智能系统学报》 CSCD 北大核心 2013年第6期532-536,共5页
针对自主水下航行器(AUV)控制的要求,为解决姿态控制问题,提出了一种基于切换模糊化的滑模变结构控制方法.该方法结合了模糊控制与滑模变结构的优点,其中模糊控制以变结构控制的切换函数为输入,变结构控制切换项为输出,在此基础上采用... 针对自主水下航行器(AUV)控制的要求,为解决姿态控制问题,提出了一种基于切换模糊化的滑模变结构控制方法.该方法结合了模糊控制与滑模变结构的优点,其中模糊控制以变结构控制的切换函数为输入,变结构控制切换项为输出,在此基础上采用指数趋近律方法设计滑模变结构控制器.分别对该方法与传统滑模变结构控制方法进行对比仿真,结果表明,该控制方法可以有效抑制滑模变结构控制的抖振现象,对模型不确定系统具有较强的鲁棒性和一定的抗干扰能力. 展开更多
关键词 模糊控制 滑模变结构控制 自主水下航行器 姿态控制 切换模糊化
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编队约束下的AUV路径跟踪 被引量:1
13
作者 崔荣鑫 徐德民 严卫生 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期800-804,共5页
研究了自主水下航行器(AUV)编队约束下的路径跟踪问题。将整个系统的误差分为2部分:①各AUV自身的跟踪误差;②AUV的编队误差;在此基础上,针对AUV的参数不确定性以及海流干扰等特点,提出了一种自适应变结构控制律,在滑动面的选取中,同时... 研究了自主水下航行器(AUV)编队约束下的路径跟踪问题。将整个系统的误差分为2部分:①各AUV自身的跟踪误差;②AUV的编队误差;在此基础上,针对AUV的参数不确定性以及海流干扰等特点,提出了一种自适应变结构控制律,在滑动面的选取中,同时考虑了AUV的路径跟踪误差以及AUV之间的编队误差。文章从理论上证明了控制律的稳定性,并讨论了控制律实现中路径参数更新律的选取问题。仿真结果表明,所设计的控制律可以使AUV克服海流干扰,达到编队航行的目的,并且考虑编队约束时AUV相互之间的的距离误差比不考虑编队约束时的误差小。 展开更多
关键词 自主水下航行器 编队约束 跟踪控制 自适应变结构
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基于自适应神经网络的低速AUV变质心控制 被引量:1
14
作者 葛晖 敬忠良 高剑 《信息与控制》 CSCD 北大核心 2011年第5期619-626,共8页
为克服低速情况下舵效低的问题,研究了自治水下航行器(AUV)的变质心控制方法.通过控制布置在AUV三个惯性主轴上的三个可移动质量块的运动,改变系统的质心,进一步改变了AUV受到的流体动力,从而实现对于AUV的控制.基于Kane的多刚体动力学... 为克服低速情况下舵效低的问题,研究了自治水下航行器(AUV)的变质心控制方法.通过控制布置在AUV三个惯性主轴上的三个可移动质量块的运动,改变系统的质心,进一步改变了AUV受到的流体动力,从而实现对于AUV的控制.基于Kane的多刚体动力学理论推导变质心控制AUV的4刚体9自由度动力学模型,为设计AUV变质心控制系统奠定了基础.之后基于多输入多输出(MIMO)不确定非线性系统理论,设计自适应神经网络控制系统,并用李亚普诺夫稳定理论对该系统进行了稳定性分析.仿真验证了控制方法的合理性. 展开更多
关键词 变质心 自治水下航行器 KANE方程 多输入多输出非线性系统 神经网络自适应控制
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基于自适应反演方法的自主水下航行器控制 被引量:4
15
作者 刘宇 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2011年第3期638-642,共5页
针对高速自主水下航行器,设计了垂直面内的自适应控制器。大多数自主水下航行器的深度控制都基于小俯仰角假设,但在某些情况下此假设可能会产生较大的模型误差,甚至会导致严重的后果。考虑水下航行器的未知参数和非线性,并且不对俯仰角... 针对高速自主水下航行器,设计了垂直面内的自适应控制器。大多数自主水下航行器的深度控制都基于小俯仰角假设,但在某些情况下此假设可能会产生较大的模型误差,甚至会导致严重的后果。考虑水下航行器的未知参数和非线性,并且不对俯仰角作任何假设,设计了自适应反演控制器,使闭环系统的深度跟踪具有全局渐近稳定性。仿真表明,该控制器对模型不确定性具有较强的鲁棒性,并且明显优于传统的内外环结构的比例积分微分(proportional-integral-differential,PID)控制器。 展开更多
关键词 自适应控制 反演 自主水下航行器
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水下航行器轴向运动的初始修正自适应反演控制方法
16
作者 余有芳 严求真 蔡建平 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2019年第7期115-119,共5页
研究水下航行器在复杂水下环境中轴向运动的轨迹跟踪问题,当航行器质量及初始误差均较大时,根据传统自适应反演控制方法设计的控制器需要航行器动力系统提供较大的推力,甚至超过动力系统的最大输出。提出初始修正自适应反演控制方法对... 研究水下航行器在复杂水下环境中轴向运动的轨迹跟踪问题,当航行器质量及初始误差均较大时,根据传统自适应反演控制方法设计的控制器需要航行器动力系统提供较大的推力,甚至超过动力系统的最大输出。提出初始修正自适应反演控制方法对此予以改进,该方法将原来对参考信号的跟踪转换为对修正参考信号的跟踪,并采用自适应方法估计航行器的质量和未知扰动等未知参数,可以获得较好的轨迹跟踪性能且不需较大的推力。仿真结果验证了所提初始修正自适应反演控制方法的有效性。 展开更多
关键词 自主水下航行器 轴向运动控制 自适应反演控制 初始修正方法
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无人水下航行器横滚控制系统反演变结构设计
17
作者 周浩 张翼超 《武汉理工大学学报(交通科学与工程版)》 2014年第3期599-602,共4页
针对无人水下航行器横滚通道的非匹配不确定性控制问题,提出一种非线性反演设计方法,将反演过程中的虚拟控制量的导数作为不确定性项,引入自适应机制对其上界进行估计,并采用变结构控制克服系统的不确定性,利用Lyapunov理论证明系统的... 针对无人水下航行器横滚通道的非匹配不确定性控制问题,提出一种非线性反演设计方法,将反演过程中的虚拟控制量的导数作为不确定性项,引入自适应机制对其上界进行估计,并采用变结构控制克服系统的不确定性,利用Lyapunov理论证明系统的稳定性.结果表明,在流体动力参数摄动情况下,本文方法具有良好的鲁棒性和自适应性,满足无人水下航行器快速横滚控制的要求. 展开更多
关键词 无人水下航行器 横滚控制系统 反演控制 变结构控制
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非参数不确定水下航行器系统轴向运动的鲁棒自适应反演控制
18
作者 余有芳 严求真 《科技通报》 2018年第4期214-217,221,共5页
研究非参数不确定自主水下航行器系统的轴向运动轨迹跟踪问题,提出了一种鲁棒自适应反演控制方法。基于Lyapunov方法设计控制器,根据Lipschitz条件处理非参数不确定性,对于处理过程中出现的未知参数向量,利用自适应机制进行估计;并利用... 研究非参数不确定自主水下航行器系统的轴向运动轨迹跟踪问题,提出了一种鲁棒自适应反演控制方法。基于Lyapunov方法设计控制器,根据Lipschitz条件处理非参数不确定性,对于处理过程中出现的未知参数向量,利用自适应机制进行估计;并利用鲁棒方法补偿随机扰动,采用双曲正切函数代替符号函数,以消除使用后者可能产生的颤振现象。理论分析表明,采用本文设计方法可以实现水下航行器以预设精度渐近跟踪期望轨迹。仿真结果表明本文提出控制方法的有效性。 展开更多
关键词 自主水下航行器 轴向运动控制 鲁棒自适应反演控制 非参数不确定性
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分散滑模控制理论在自主式潜水器(AUV)控制中的应用 被引量:2
19
作者 李朝阳 伍世虔 +2 位作者 左武炘 鲍剑斌 陶友传 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第3期69-72,共4页
对自主式潜水器(AUV)的水动力模型进行了近似处理,利用改进的变结构滑模控制方法设计了AUV控制系统,仿真表明模型处理合理,控制系统能克服模型强耦合和严重非线性,效果好,且系统鲁棒性强。
关键词 AUV 变结构 滑模控制 水动力模型 机器人 潜水器
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积分变结构控制原理在AUV航向控制中的应用仿真 被引量:6
20
作者 熊华胜 边信黔 施小成 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2005年第5期30-33,共4页
文章研究了积分变结构控制在自主水下机器人(AUV)航向控制系统中的应用,建立了AUV水平面的非线性模型,并在特定的工作点对模型进行了线性化处理,得到了AUV的控制设计线性模型.根据变结构控制理论设计了积分变结构控制器,并给出了消除抖... 文章研究了积分变结构控制在自主水下机器人(AUV)航向控制系统中的应用,建立了AUV水平面的非线性模型,并在特定的工作点对模型进行了线性化处理,得到了AUV的控制设计线性模型.根据变结构控制理论设计了积分变结构控制器,并给出了消除抖振的方法.仿真试验验证了该设计方法的有效性. 展开更多
关键词 机器人控制 自主水下机器人 积分变结构控制 航向控制 鲁棒控制
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