摘要：对模型参数未知的欠驱动水下机器人,本文设计了海流中三维路径跟随控制器.该方法在无旋流的前提下,利用海流的运动方程,结合三维视线导航法和反步法,设计了控制器.通过死区方法估计模型参数,克服了参数漂移问题;针对海流未知情况,设计了海流观测器.最后通过Lyapunov稳定性理论证明了跟踪误差是收敛的,仿真实验验证了该控制方法的有效性.

摘要：针对存在未知海流扰动条件下无人水下航行器(unmanned underwater vehicle,UUV)的轨迹跟踪控制问题,提出一种欠驱动UUV的动态面反演轨迹跟踪控制方法。首先,设计一种改进型海流扰动观测器来估测航行器动力学模型中存在的未知海流扰动。然后,采用反演法并结合动态面控制技术设计三维轨迹跟踪控制器,将控制算法中微分运算转换为简单且易于实现的代数运算,降低控制算法复杂性的同时避免“微分爆炸”问题,结合李雅普诺夫理论证明系统闭环稳定性。最后,对所设计的控制器进行仿真验证,结果表明所设计观测器能够有效应对时变海流干扰问题,精确地完成UUV的轨迹跟踪控制任务。

摘要：针对存在参数不确定性的欠驱动自主水下航行器(AUV)水平面位置跟踪控制问题,基于李雅普诺夫理论,利用反步法设计了一种非线性控制器。利用自适应控制技术对模型本身不确定性进行补偿,同时引入自适应模糊控制技术对非线性控制器进行优化;设计了一种针对于缓慢未知时变海流的指数收敛观测器,并利用李雅普诺夫稳定性理论证明了整个AUV闭环控制系统的稳定性。针对一种新型飞翼式欠驱动AUV进行数值仿真,结果表明所设计控制器可以准确地对期望轨迹进行跟踪,证明了其有效性和鲁棒性。

摘要：为解决欠驱动USV系统在模型不确定性和未知海流干扰下的水平面轨迹跟踪问题,基于反步法与自适应技术,提出一种非线性鲁棒轨迹跟踪控制策略.针对欠驱动USV参数不确定问题,运用神经网络自适应方法对欠驱动USV系统未知函数进行估计和逼近;然后,运用动态面方法获取虚拟变量的导数,不仅控制律结构简单,易于工程实现,而且有效地减小了传统反步法中虚拟变量直接求导的复杂性;针对未知时变海流的干扰,设计了一种指数收敛海流观测器,有效估计未知缓慢时变海流速度;其次,基于李雅普诺夫理论证明了所设计的控制器能够保证运动轨迹收敛于期望值,并且保证了该轨迹跟踪闭环控制系统所有信号最终一致有界;最后,在控制输入受限条件下,为检验该控制器的跟踪性能,选取圆轨迹作为参考轨迹,仿真实验表明,该控制器能够有效地实现预期轨迹,神经网络自适应方法对系统未知函数可有效估计和逼近,对未知时变海流干扰具有较强的鲁棒性,轨迹跟踪误差和速度跟踪误差均收敛到零附近的一个邻域内,从而验证了所提出控制器的有效性.

摘要：论文主要研究海流干扰下强非线性、强耦合AUV路径跟随控制问题。为此,采用反步法设计多输入多输出控制器并对其进行了改进,对于反步法控制器设计中可能出现的“微分爆炸”问题,通过设计二阶滤波器代替直接解析微分对其进行了解决,并对控制器进行了抗积分饱和处理,对于外界海流干扰,设计海流观测器对海流进行估计并将估计值反馈给反步控制器,最后采用变前视距离LOS法设计了AUV的直线路径跟随算法。仿真结果表明,在外界海流干扰下,控制器能较好地实现AUV的控制,AUV能跟踪上期望轨迹。所设计的路径跟随算法能较好地实现AUV的直线路径跟随。

摘要：欠驱动自主水下航行器AUV在定深的海域中航行,其模型水动力参数存在不确定性,同时还遭受海流等外来因素干扰,对欠驱动AUV的轨迹跟踪精确带来极大的挑战.本文研究海流环境中欠驱动AUV水平方向上的轨迹跟踪控制问题,通过定义固定坐标系和随体坐标系间的转化关系,将海流速度引入欠驱动AUV运动学和动力学方程,建立海流环境中欠驱动AUV的运动学模型和动力学模型;结合期望轨迹得到欠驱动AUV的轨迹跟踪误差方程.在控制器的设计过程中引入自适应率,得到AUV水平面轨迹跟踪的自适应反演滑模轨迹跟踪控制器(ABSMC),同时为降低海流因素对AUV航行轨迹带来的偏差,设计海流观测器对环境中海流速度进行估计.仿真结果表明,该控制器可实现对由水动力参数不确定和外界时变干扰共同组成的系统总不确定性的估计,并弥补传统反演滑模控制理论中需要精确的模型参数和扰动信息的不足,且海流观测器可提升AUV轨迹跟踪的精度.在理论上证明了由海流观测器和轨迹跟踪控制器共同组成的AUV级联控制系统为全局渐进稳定;仿真对比结果显示所提出的基于海流观测的自适应反演滑模控制器能够克服欠驱动AUV模型中水动力参数不确定性、海流干扰及其他未知干扰的影响,跟踪性能优于基于海流观测的反演轨迹跟踪控制器(BTC).