王 震, 王俊雄, 牛啸辰, 苏 伟

基于改进型ADRC的全驱动AUV建模与仿真

王 震, 王俊雄, 牛啸辰, 苏 伟

(上海交通大学 船舶海洋工程国家重点实验室, 上海, 200240)

自主水下航行器(AUV)具有非线性、强耦合且易受外界干扰等特点。为进一步提高AUV的控制精度, 文中首先对六自由度全驱动AUV进行了建模, 并搭建了相应的比例-积分-微分(PID)控制器和自抗扰控制器(ADRC), 对比分析可知, 传统ADRC待调整参数过多且跟踪微分器(TD)环节速度较慢。针对此, 采用Asin函数对传统ADRC的各环节进行了简化, 改进了TD的结构, 并在相同仿真条件下对PID控制器及改进型ADRC控制器的控制效果进行了仿真。结果表明, 在对多自由度运动系统进行控制时, 改进型ADRC相较于PID的控制精度更高, 抗干扰能力也更强。

自主水下航行器; 自抗扰控制器; 比例-积分-微分控制; 路径跟踪

0 引言

近年来, 水下机器人被越来越广泛的关注和应用。其中, 自主水下航行器(autonomous under- sea vehicle, AUV)因不需要人工干预就可以自行在海底作业, 无论在军事领域(监视、侦察、检查、排雷)还是民用领域(海底测绘、石油工业、渔业)都有着非常高的应用价值。由于AUV系统有着多变量、非线性及强耦合等特点, 实际工作中还会受到来自不同方向的水流、旋涡等因素干扰, 因此设计高抗干扰能力的AUV是其水下稳定工作的关键。

目前, 国内外学者多采用比例-积分-微分(pr- oportional integral derivative, PID)控制、滑模结构控制、模糊自适应控制及神经网络控制等方法进行AUV动态控制研究, 其中PID控制器占据AUV控制的主导地位。但由于差分方法在提取微分信号时对噪声十分敏感, 因此在很多场景下PID退化为PI控制, 通常控制器的响应速度慢且误差较大[1]。……