欠驅(qū)動(dòng)自主水下航行器的鎮(zhèn)定及跟蹤.pdf

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1、總第216期艦船電子工程Vo1．32No．62012年第6期ShipElectronicEngineering125欠驅(qū)動(dòng)自主水下航行器的鎮(zhèn)定及跟蹤吳宇王家鑫(海軍駐上海地區(qū)航天系統(tǒng)軍事代表室上海200233)摘要針對(duì)僅帶有軸向推力及偏航力矩的欠驅(qū)動(dòng)自主水下航行器(AUV)，研究了其在水平面內(nèi)的軌跡跟蹤及定點(diǎn)調(diào)節(jié)問題?；贚yapunov直接法及串接一反步技術(shù)，通過采用一種帶有動(dòng)力學(xué)震蕩器的跟蹤誤差變換，設(shè)計(jì)了一種統(tǒng)一的連續(xù)時(shí)變狀態(tài)反饋控制律，并給出了參數(shù)自適應(yīng)更新律以估計(jì)AuV的非線性阻力參數(shù)，使得AUV的位置及方向角的跟蹤誤差全局漸近

2、收斂于零點(diǎn)左右的一個(gè)鄰域內(nèi)，該區(qū)域可以為任意小，并且，AUV的跟蹤性能與外界干擾的大小無關(guān)。仿真結(jié)果證明所提出的方法是有效的。關(guān)鍵詞自主水下航行器；跟蹤及鎮(zhèn)定；欠驅(qū)動(dòng)；自適應(yīng)中圖分類號(hào)TP24StabilizationandTrackingforanUnderactuatedAutonomousUnderwaterVehicleWUYuWANGJiaxing(AerospaceMilitaryRepresentativeOfficeinShanghaiArea，Shanghai200233)AbstractTheproblemoftraj

3、ectorytrackingandsetpointregulationisinvestigatedforanunderactuatedautonomousunderwatervehi—cle(AUV)movingonthehorizontalplanewithonlythesurgeforceandyawmomentavailable．BasedonLyapunov’sdirectmethodandcas—cade-backsteppingapproach，anunified，continuoustimevaryingstatefeedb

4、ackcontrollerisdesignedbyadoptingatrackingerrortransfor—mationwithadynamicoscillator．Meanwhile，aparameteradaptiveupdatelawisproposedtoestimatethenonlineardampingtermsoftheAUv．Thesecontrollersguaranteetheposition／。rientationtrackingerrorsoftheAUVgloballyexponentiallyconver

5、getoaneighborhooda—bouttheoriginthatcanbemadearbitrarilysmal1．Moreover，thetrackingperformanceoftheAUVisexternaldisturbancesindependent．Simulationresultsvalidatetheproposedmethod．KeyWordsautonomousunderwatervehicle(AUV)，trackingandstabilization，underactuated，adaptiveClassN

6、umberTP24下航行器的控制問題進(jìn)行了研究，其設(shè)計(jì)的控制律可同時(shí)1引言實(shí)現(xiàn)水下航行器的跟蹤或鎮(zhèn)定，但其僅能保證與輸人數(shù)目一直以來，欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(即獨(dú)立輸入少于其所需控制的相同的自由度數(shù)可控。通過一種指數(shù)形式的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換自由度數(shù)的一類系統(tǒng)，)控制問題都吸引著研究者們的廣泛[9～I(xiàn)o]，針對(duì)欠驅(qū)動(dòng)鏈?zhǔn)较到y(tǒng)設(shè)計(jì)了一種控制律，可使得注意。其中，關(guān)于鎮(zhèn)定問題(或定點(diǎn)調(diào)節(jié)問題)以及軌跡跟跟蹤及鎮(zhèn)定誤差全局指數(shù)收斂，但其要求某一參考信號(hào)滿蹤問題的研究更是得到了一系列具有重要意義的研究結(jié)足指數(shù)衰減條件。在文獻(xiàn)[11～122中，作者引入了另一種果。時(shí)變的誤

7、差坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，分別針對(duì)欠驅(qū)動(dòng)船舶和AuV的跟欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的鎮(zhèn)定問題的研究目的是調(diào)節(jié)系統(tǒng)至某一蹤及鎮(zhèn)定問題設(shè)計(jì)了一種控制律，，可以使得狀態(tài)誤差全局理想的定常狀態(tài)，如船舶的停泊、自主水下航行器(AUV)漸近收斂，其缺點(diǎn)是，當(dāng)存在外界干擾時(shí)，狀態(tài)誤差的跟蹤的動(dòng)力定位等。由于此時(shí)系統(tǒng)不滿足Brockett必要條件，精度隨干擾的增減而改變。為了得到一致的控制性能，在因此采用連續(xù)時(shí)不變的反饋控制律無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的鎮(zhèn)文獻(xiàn)[13～16]中，設(shè)計(jì)了一種動(dòng)力學(xué)震蕩器，通過適當(dāng)?shù)恼`定[，部分研究者給出了基于不同概念，如時(shí)變、不連續(xù)和差狀態(tài)變換，為欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提出了可同

8、時(shí)實(shí)現(xiàn)軌跡跟蹤和切換等情況下的結(jié)果_】]。與鎮(zhèn)定問題不同的是，跟蹤問定點(diǎn)調(diào)節(jié)的控制律，使得跟蹤精度與干擾無關(guān)，并保證跟蹤題要求系統(tǒng)能夠跟蹤某一參考運(yùn)動(dòng)軌跡，由于參考信號(hào)滿誤差全局一致最終有界。