薛乃耀, 刘 鲲, 王冬姣, 叶家玮

考虑模型误差的ROV抗饱和控制设计

薛乃耀, 刘 鲲, 王冬姣, 叶家玮

(华南理工大学 土木与交通学院, 广东 广州, 510640)

为研究新型有缆开架式遥控水下航行器(ROV)的轨迹跟踪问题, 在径向基神经网络滑膜控制律基础上, 考虑推力约束条件, 提出一种变增益抗饱和辅助系统, 并通过李雅普诺夫稳定性相关定理证明了控制系统的稳定性。该系统充分考虑了ROV的实际作业工况, 利用MARLAB Simulik搭建仿真平台, 在轨迹跟踪仿真验证中引入建模误差、海流干扰、脐带缆作用力等因素影响。仿真结果表明, 加入抗饱和系统后, ROV进行轨迹跟踪时推进系统推力饱和持续时间降低27%, 各自由度的累计跟踪误差降低, 垂荡和横摇方向的跟踪误差大幅减少, 验证了新控制律的可靠性。

遥控水下航行器; 推力饱和; 轨迹跟踪; 径向基神经网络; 滑模控制

0 引言

自20世纪50年代开始, 遥控水下航行器(re- mote operated vehicle, ROV)被用于鱼雷及导弹回收等危险作业任务, 此后更被广泛用于深水探测、水下施工维护工程、钻井作业等领域[1]。ROV结构紧凑, 推进器输出动力有限, 精确的动力学模型和水下环境条件不易获得。为使ROV顺利完成作业任务, 研究人员对ROV在复杂环境下的轨迹跟踪进行了大量研究。自适应鲁棒控制律、最优控制、反馈线性化方法等都被用于解决ROV的轨迹跟踪问题[1-3]。滑模控制和其他智能控制方法因为其抗扰和自适应能力强而在ROV控制中得到应用。朱琦[4]采用准滑模控制方法, 实现ROV的姿态镇定和物体抓取任务; Chu等[5]设计了自适应模糊滑模控制器, 采用模糊系统估计未知非线性影响, 通过自适应更新律处理建模误差和输入饱和问题。……