张瀚文,王俊雄

基于自适应反步滑模的AUV推进器容错控制

张瀚文,王俊雄

(上海交通大学 船舶海洋工程国家重点实验室,上海,200240)

为了实现自主水下航行器(AUV)在推进器故障的情况下对运动控制的鲁棒性要求,针对AUV的六自由度非线性矢量运动模型,设计了自适应反步滑模运动跟踪控制器,并在推力分配中考虑推进器故障特点,建立连续时变的故障模型。结合故障信息,基于伪逆法技术,在调节控制器配置结构功能的基础上增加了对故障的调节功能,可以通过更改控制输入对故障进行修正,对不同的故障类型分别采取故障调节和控制重构的方法实现推进器故障状态下的容错控制,有效提高了容错控制算法的应用普适性。在仿真中,通过模拟多种不同的故障模式,验证了自适应容错控制器在推进器故障情况下对AUV运动控制的有效性。

自主水下航行器; 推进器; 自适应控制; 故障调节; 容错控制

0 引言

作为一种探测海洋的有效手段,水下航行器具有广泛的应用前景,可完成探测、水下作业和特种作战等任务。传统的自主水下航行器(autono- mous undersea vehicle,AUV)主要完成长距离巡航的任务,为了降低能耗,多采用欠驱动的细长回转体结构。随着作业要求的提高,全驱动AUV展现出了丰富的应用前景。多推进器的布置可以得到更丰富的控制输入,实现更复杂的任务要求,还为控制提供了冗余。但推进器的增多也意味着故障率的增加。深海环境下,一旦发生故障,作业任务会受到影响,机器人可能无法回收,造成巨大损失。……