张 凯，刘雁集，马 捷

(上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240)

水下滑翔机的反步与反馈线性化控制对比研究

张 凯，刘雁集，马 捷

(上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240)

水下滑翔机是高阶非线性系统，传统的线性控制方法在滑翔机俯仰角大幅度转换过程中易出现调整时间变长，控制精度下降等问题。通过研究水下滑翔机动力学模型，在保留模型非线性特征的前提下，分别设计了基于反步法以及基于输入输出反馈线性化的水下滑翔机纵倾运动控制器。数值仿真表明，在俯仰角大范围转换动态过程中，2种方法均能实现滑翔机纵倾运动的控制，反步控制器更适宜用于俯仰角的控制，而输入输出反馈线性化对压载水囊质量的控制则更胜一筹。

水下滑翔机；反步法；输入输出反馈线性化；俯仰控制；仿真对比

0 引 言

水下滑翔机是一种装有固定机翼、依靠浮力驱动的水下自治航行器(AUV)，它依靠浮力调节系统改变自身所受净浮力实现升沉运动，借助升沉过程中机翼产生的升力获得水平推力向前航行。浮力调节系统与内部质量滑块调节系统的协同工作使得滑翔机能在垂直平面内沿锯齿状轨迹向前运动，并通过尾舵或者内部横滚调节系统完成转向运动。水下滑翔机具有续航能力长、作业范围广、作业成本低、无需母船支持、隐蔽性好等优点，在水下侦察、水体数据采集等海洋科考领域具有广阔的应用前景。

水下滑翔机是具有内部动态质量、多输入多输出的高阶系统，具有很强的非线性[1]，自身不稳定，其航向稳定性和姿态稳定性均需要控制器施加控制才能得以保证。……