江梦洁， 李家旺， 吕艳芳， 周家炜， 黄汉涛

(宁波大学 海运学院, 浙江 宁波 315211)

饱和输入限制下欠驱动自主水下航行器水平面航迹跟踪控制

江梦洁， 李家旺， 吕艳芳， 周家炜， 黄汉涛

(宁波大学 海运学院, 浙江 宁波 315211)

针对控制输入存在饱和限制的欠驱动自主水下航行器水平面航迹跟踪问题，提出了一种饱和控制方法。在航迹跟踪误差方程基础上，设计了一种误差信号观测器对原有跟踪误差进行近似，以避免由于跟踪误差直接求导所引起的控制器表达式的复杂化现象；推导得到一种新的误差动力学方程，通过引入一种光滑有界函数作为输入饱和条件的近似，以及一种Nussbaum型偶函数，设计了饱和动力学控制器；根据Lyapunov理论证明了该控制器能够使得自主水下航行器在控制输入饱和限制下，可以实现对任意光滑水平面航迹的跟踪控制，并保证跟踪误差是全局最终一致有界的。仿真实验结果验证了该设计方法是有效的，且对于模型参数误差具有一定的鲁棒性。

控制科学与技术； 欠驱动自主水下航行器； 输入饱和； 跟踪控制； 误差观测器； Nussbaum型函数

0 引言

自主水下航行器(AUV)已经成为重要的军用和民用海洋装备之一。AUV的平面跟踪自动控制问题也一直是控制领域的研究热点之一。对于这类问题，其难点主要在于AUV具有明显的欠驱动特性，即在某些自由度上不存在有效输入。目前，国内外的研究人员针对该类问题已经获得了很多研究成果。在这些研究成果中，根据平面参考轨迹生成方式的不同，主要分为两类：轨迹跟踪和航迹跟踪。……