苏伟，王俊雄，王震，牛啸辰

(上海交通大学 船舶与海洋工程国家重点实验室，上海 200240)

0 引 言

水下机器人（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）近年来在海洋工程领域发挥着越来越重要的作用，被广泛应用在水下设备安装监控、大范围海洋监测以及自然资源勘探等领域。由于水下机器人数学模型存在强耦合、强非线性、水动力学系数不确定以及不确定海流干扰等问题，为保证AUV 在复杂环境下能够正常工作，迫切需要易用且稳定性与鲁棒性良好的运动控制方法[1-6]。

AUV 的鲁棒控制方法是当前的研究热点之一，大量的工作主要集中在低自由度AUV 的线性系统控制。B.Clement 通过非线性补偿与卡尔曼滤波实现了AUV 单自由度首向角的H∞鲁棒控制结构，对比传统PID 控制具有低过冲、稳定快的优点[7]。Juan C. Cutipa-Luque 在解耦的横移-首向2DOF AUV 模型上应用H∞鲁棒控制策略，取得了较好的控制效果[8]。Wei Zhang等[9]提出插值型H∞鲁棒控制器，分别实现了速度、首向及深度控制器并给出了相应的实验结果，验证了控制器设计思路的有效性。AUV 单自由度的鲁棒控制虽然易于单个控制过程实现，但是忽略了AUV 实际上各自由度间的耦合，在实际应用上容易造成控制器设计逻辑复杂，控制环节无法有效平滑过渡以及控制器参数过多不便校准等问题。为解决AUV 多自由度系统相互耦合、强非线性等问题，本文基于六自由度AUV工作点处的线性化方程，构建适用于鲁棒控制的不确定性模型，并据此设计方便实际应用的六自由度H∞鲁棒控制器，得到了对应的仿真结果。……