武建国, 陈 凯, 陈武进, 赵晓宇, 张桐瑞, 程 涛

基于非线性干扰观测器的AUV量化反馈滑模控制

武建国1, 2, 陈 凯1, 陈武进1, 赵晓宇1, 张桐瑞2, 程 涛3

(1.河北工业大学 机械学院, 天津, 300131; 2.天津瀚海蓝帆海洋科技有限公司, 天津, 300457; 3.秦皇岛耀华新材料有限公司, 河北 秦皇岛, 066000)

自主水下航行器; 滑模控制; 轨迹跟踪; 非线性干扰观测器; 量化效应

0 引言

21世纪以来, 随着各国对海洋重视的日益提高, 自主水下航行器(autonomous undersea vehicle, AUV)被广泛应用于海洋环境观测、海洋资源调查和海洋安全防卫等领域[1]。AUV的轨迹跟踪控制作为海洋工程和控制领域的重要分支[2], 由于存在模型非线性、未知的水动力系数和复杂干扰等问题[3], AUV控制器设计成为AUV发展的关键技术。

滑模控制(sliding-mode control, SMC)法作为一种鲁棒控制方法, 在系统不确定性和抗干扰方面具有良好的处理能力[4]。Zhang等[5]提出一种新型2阶SMC对便携式AUV进行轨迹跟踪; 马利民[6]采用全局无抖振SMC实现了轨迹跟踪控制; Jiang等[7]提出一种新型SMC来解决高速AUV的运动控制; Flavia等[8]使用SMC法确保超驱动海上补给船动态定位的容错鲁棒控制; 潘无为等[9]将滑模控制器用于AUV自适应编队控制; 杨超等[10]设计了终端滑模控制器对AUV进行轨迹跟踪; Taha等[11]设计了一种自适应积分SMC法来跟踪虚拟船舶的期望路径。

上述提到的控制方法均未考虑量化。这是由于当系统中数字网络参与反馈回路时如果考虑量化, 将难以保持系统的稳定性。对于处理量化引起的影响, SMC是一种有效的鲁棒控制方法。Yan等[12]分析了量化对SMC系统的影响。……