基于自治水下機(jī)器人縱向運(yùn)動的滑模定深控制.pdf

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1、第21卷第7期電子設(shè)計工程2013年4月V01．21No．7ElectronicDesignEngineeringApr．2013基于自治水下機(jī)器人縱向運(yùn)動的滑模定深控制李璐瓊，張福斌，李勇強(qiáng)(西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院陜西西安710000)摘要：針對自治水下機(jī)器人(AUV)的控制特點，建立了AUV縱向運(yùn)動的動力模型，采用高階滑模非線性控制的方法，并運(yùn)用計算機(jī)仿真的手段進(jìn)行了驗證，仿真結(jié)果顯示了該系統(tǒng)具有良好的控制性能，有效地消除了滑模控制的抖振。對外部擾動具有較強(qiáng)的魯棒性。關(guān)鍵詞：自治水下機(jī)器人；滑?？刂?；俯仰角；深度；舵角中圖分類

2、號：TP302文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674—6236(2013)07—0059—03ApplicationofslidingmodecontrolforAUVdepthULu—qiong，ZHANGFU-bin，LIYong—qiang(NorthwesternPolytechnicalUniversitySchoolofMarineEngineering，Xi’勰710000，China)Abstract：AccordingtothecharacteristicsofAUV(AutonmousUnderwaterVehic

3、le)controlsystem，themathematicalmodelofdepthplaneisestablished，andthenthehighnonlinearslidingmodecontrolisused．Theauthordesignstousecomputersimulationtoverifythedesign，thecomputersimulationdemonstratedthatthisproposedcontrollerwasefective，andthechatteringonslidingmod

4、econtrolcanbedecreased，andthesystemshowedabetterrobustnessundersomeexternaldisturbance&Keywords：autonmousunderwater；slidingmodecontrol；pitch；depth；rudder隨著時代的發(fā)展．自治式水下機(jī)器人(AutonomousUnder-，?Aa為小量，口J得劍AUV縱I司運(yùn)動萬程蘭且為waterVehicle．AUV)在世界范圍內(nèi)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大應(yīng)用(m+Al1)cosa0Av+Av(mw(o

5、sinao+pSCxSvo)+于海洋研究、海洋開發(fā)等．同時其相應(yīng)的技術(shù)得到了長足發(fā)(mvosinao-2mxc)△+△Cc0s一展。在海洋開發(fā)過程中，AUV將在海洋環(huán)境的探測與建模、海洋目標(biāo)的水下探測與識別、定位與傳輸?shù)确矫姘l(fā)揮重要的(，n+Al1)0sin0△＆+訂砒0coso△。c0=0(1)作用。一(，n+A笠)sin+(}0coso．．sC—．sC)，i＆一由于水下環(huán)境的復(fù)雜性和AUV各自由度之間存在強(qiáng)耦-pSLCy'~toz。)+(mxc+A)△(0c。s0c0一趾cy。)合性和非線性特征。使得在設(shè)計AUV運(yùn)動控制器時

6、需要考慮許多因素，因此AUV的自動控制存在很大困難。AUV在工△一AGsinOoAO一(m+A笠)0c0s&一(mdcos2曠-作過程中．深度控制是其完成上層任務(wù)的主要因素?；？豯pSLCy~v2)A。lpSLCy％gZ~一(mx+A26)sinot0Av+制是近些年發(fā)展起來的一種方法．已經(jīng)有不少成功的應(yīng)用，oc由于滑動面的設(shè)計與控制對象的參數(shù)以及干擾無關(guān)，使得滑[m刪唧o-(pSLmz％pSLmz&&。)0]?？刂凭哂锌焖夙憫?yīng)，對參數(shù)和外干擾變化不靈敏，無需系統(tǒng)在線辨識，物理實現(xiàn)簡單的優(yōu)點。因此本文引進(jìn)了一種二Av+(Jzz

7、+A66)A0+(mxcvocosozo-1pSIm．口o)A0—階滑模控制方法。其對AUv的定深控制具有良好的魯棒性．而且反應(yīng)迅速，提高了AUV運(yùn)動的自主能動性。GxcsinOo-(mxc+A)c。soAv&一(mxcotOZoSin}1AUV數(shù)學(xué)模型的建立pSLmz％o2)A=lpSLmz&vo2Z~Se(2)結(jié)合剛體運(yùn)動和流體力學(xué)原理閉，可以得到AUV空間運(yùn)y=vsin0+vczos0-~sin(0一)(3)動的完整數(shù)學(xué)模型D-rl。文中只研究AUV縱向運(yùn)動的定深問y-v~sin0-vyeos0(4)題。根據(jù)參考文獻(xiàn)[1】

8、，假定如下前提條件：AUV未擾動運(yùn)動是定常運(yùn)動，各運(yùn)動參數(shù)為、。、Oo、，Ol。；受到擾動后=紕(5)各運(yùn)動參數(shù)為Vx~Vxo+Av，v-v~o+?o／-o~0+Aa；并假設(shè)擾動量=一arcan(／v)(6)——■一=啊(7)作者簡介：李璐瓊(1985一)，男，