欠驅(qū)動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)摘要針對僅帶有軸向推力及偏航力矩的欠驅(qū)動自主水下航行器(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力學震蕩器的跟蹤誤差變換，設(shè)計了一種統(tǒng)一的連續(xù)時變狀態(tài)反饋控制律，并給出了參數(shù)自適應更新律以估計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、收斂于零點左右的一個鄰域內(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；自適應中圖分類號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行了研究，其設(shè)計的控制律可同時1引言實現(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)動系統(tǒng)(即獨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～Io]，針對欠驅(qū)動鏈式系統(tǒng)設(shè)計了一種控制律，可使得注意。其中，關(guān)于鎮(zhèn)定問題(或定點調(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[11～122中，作者引入了另一種果。時變的誤

7、差坐標轉(zhuǎn)換，分別針對欠驅(qū)動船舶和AuV的跟欠驅(qū)動系統(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，其缺點是，當存在外界干擾時，狀態(tài)誤差的跟蹤的動力定位等。由于此時系統(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)時不變的反饋控制律無法實現(xiàn)系統(tǒng)的鎮(zhèn)文獻[13～16]中，設(shè)計了一種動力學震蕩器，通過適當?shù)恼`定[，部分研究者給出了基于不同概念，如時變、不連續(xù)和差狀態(tài)變換，為欠驅(qū)動系統(tǒng)提出了可同

8、時實現(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動軌跡，由于參考信號滿誤差全局一致最終有界。