姚绪梁， 杨光仪， 彭 宇

(1.哈尔滨工程大学 自动化学院，哈尔滨 150001； 2.北京航天自动控制研究所， 北京 100854)

水下自主航行器垂直面运动的预测控制

姚绪梁1， 杨光仪1， 彭 宇2

(1.哈尔滨工程大学 自动化学院，哈尔滨 150001； 2.北京航天自动控制研究所， 北京 100854)

针对近水面海浪干扰下水下自主航行器(AUV)的深度跟踪及姿态控制问题，提出一种基于非线性降维状态观测器(ROSO)的预测控制. 通过非奇异坐标变换实现AUV垂直面运动非线性模型的状态估计，并将状态估计结果用于预测控制及其预测模型的在线线性化过程中，在仿真实验中对ROSO与全维状态观测器(FOSO)的状态估计结果进行对比，同时也对比了所提出的基于在线线性化的预测控制(PC-NMOL)与现有的非线性预测控制(NPC)的控制效果. 仿真结果证明了所提出的方法可以得到精确的状态估计，且具有动态响应快，对外部扰动鲁棒性强的特点.

水下自主航行器；降维状态观测器；线性矩阵不等式；预测控制；在线线性化

本文针对近水面海浪干扰下的AUV垂直面运动非线性模型，设计了一种降维状态观测器来进行AUV的状态估计，并将估计状态用于所设计的预测控制器及其预测模型在线线性化的过程当中，有效地实现了AUV深度跟踪和俯仰姿态控制.

1 AUV垂直面运动离散化模型

首先假设AUV以恒定速度uc航行于近水面，重力与浮力近似相等，且重心与浮心在同一纵向轴线上，并忽略横摇，横荡和艏摇的影响，并假设小纵摇角θ[7]，且二阶以上的水……