霍宇彤, 郭 晨, 于浩淼

欠驱动AUV三维路径跟踪RBF神经网络积分滑模控制

霍宇彤, 郭 晨, 于浩淼

(大连海事大学 船舶电气工程学院, 辽宁 大连, 116026)

针对欠驱动自主水下航行器(AUV)在未知参数摄动上界约束下三维路径跟踪问题, 为了抑制外界扰动和滑模控制产生的抖振, 提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络积分滑模的空间路径跟踪控制器。通过引入Serret-Frenet局部坐标系和视线法(LOS)制导律, 将路径跟踪的位置误差镇定转换为视线角误差的镇定。在此基础上, 基于Lyapunov直接法设计运动学虚拟控制律, 用以镇定视线角误差。并通过引入RBF神经网络和积分滑模面, 设计动力学路径跟踪控制器。Lyapunov稳定性理论证明了所设计的路径跟踪控制器的稳定性。仿真对比结果表明, 该路径跟踪控制器在不失快速性的前提下能够有效跟踪三维直线路径, 提高了控制精度, 且抑制了抖振, 对外界扰动具有一定的鲁棒性。

欠驱动自主水下航行器; 三维路径跟踪; 积分滑模; 径向基函数神经网络

0 引言

欠驱动自主式水下航行器(autonomous undersea vehicle, AUV)的路径跟踪是指其在运动控制器的持续激励下, 从给定的初始运动状态出发, 到达并沿着水下三维空间中一条足够光滑的参考路径航行, 并且没有严格的时间约束[1]。针对欠驱动AUV的路径跟踪问题, 目前主要通过引入Serret-Frenet坐标系生成误差运动模型, 从而将跟踪控制问题转化为误差镇定问题[2], 然后通过对艏摇和纵倾运动的控制器设计实现欠驱动AUV的六自由度路径跟踪运动控制, 由于控制输入少于控制输出[3], 导致这种欠驱动系统的控制器设计难度增加。……