朱大奇，张光磊，李蓉

(上海海事大学 水下机器人与智能系统实验室，上海 201306)

自治水下机器人(AUV)作为海洋开发的一项重要工具，近年来取得了长足的发展。由于自治水下机器人欠驱动、强耦合、非线性等一系列特性，再加上水下作业环境比陆地上更为复杂，其轨迹跟踪控制研究仍然十分具有挑战性[1-2]。

反步控制(backstepping control)[3]是一种设计简单而又满足系统稳定的控制方法，它首先应用于地面移动机器人轨迹跟踪控制[4-5]，近年来，反步方法被进一步应用到AUV的轨迹跟踪控制[6]中，通常情况下是将反步控制与其他方法集成。如L.Lionel 等[7]将反步控制与Lyapunov函数结合用于AUV非线性路径跟踪控制；高剑等[8]利用级联系统理论与反步控制结合来研究欠驱动AUV水平面轨迹跟踪策略；廖煜雷等[9]将反步滑模控制应用到欠驱动水面无人艇航迹控制中，并给出了仿真计算结果。

反步控制方法原理虽然简单，但它的跟踪误差大，当期望轨迹存在拐点时，会出现速度跳变，而实现该跳需要超大数值的驱动力(力矩)支撑，在现实的AUV中显然无法或者很难实现。针对这一问题，Yang等[10-11]将反步控制方法与生物启发神经动力学模型结合，解决了地面移动机器人跟踪控制中的速度跳变问题，取得了较满意的控制效果。而在AUV反步跟踪控制方面，相关研究并不多。此外，AUV在作业时受到能源约束、海流影响、欠驱动特性等方面的限制，推进系统输出动力有限，满足跟踪时速度跳变的可能性极小，所以解决该问题的实际意义明显。……