基于线性自抗扰控制的UUV航向控制器设计-论文.pdf

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1、第32卷第06期计算机仿真2015年06月文章编号：1006—9348(2015)06—0324—05基于线性自抗扰控制的UUV航向控制器设计黄健，何江虹(昆明船舶设备研究试验中心，云南昆明650051)摘要：由于UUV航向运动受执行机构非线性约束的影响，还受到浪、流的干扰，给航向稳定性控制带来较大困难。为了改善UUV航向控制品质，将线性自抗扰控制技术应用到航向控制中。首先，利用线性扩张状态观测器估计出系统的“总合干扰”，并进行动态反馈补偿，将系统简化为积分串联标准型；然后，在积分串联标准型基础上，利用预期动力学方程设计了控制器；最后，通过引入饱和限幅环节和

2、死区环节对控制器进行修正。针对线性扩张状态观测器在初始阶段存在“peaking”现象而造成执行机构大幅动作的问题，采取在初始阶段不引入“总和干扰”估计值的方法来解决。对比PID，线性自抗扰控制器在模型参数摄动、常值干扰、一阶高频波浪力干扰、低频正弦干扰下，有更好的动静态特性和鲁棒性。关键词：线性自抗扰控制；无人水下航行器；航向控制；预期动力学方程中图分类号：TP391．9文献标识码：BUUVHeadingAttitudeControllerDesignBasedOilLinearADRCTechnologyHUANGJian，HEJiang—hong(Kun

3、mingShipBorneResearchandTestCenter，KunmingYunnan650051，China)ABSTRACT：Becauseofnonlinearconstraintsofactuator．aswellastheeffoctsofwaveandflowdisturbances．itisdifficulttodesignahighperformanceheadingattitudecontrollerforunmannedunderwatervehicle(UUV)．Toim—provetheheadingcontrolquali

4、tyofUUV，linearactiverejectiondisturbancecontrol(ADRC)technologyisappliedtotheheadingcontrolofUUV．First，linearextendedstateobserver(LESO)isusedtoestimatethesystemof”eom-binedinterference“，adynamicfeedbackcompensationiscarriedon，andthesystemfortheintegralseriesstandardissimplified．Th

5、en，basedonintegralseriesstandard，thecontrollerisdesignedwithexpecteddynamicequations．Finally，thecontrollerismodifiedbyintroducingasaturationlimiteranddeadzone．Aimingattosolvetheactuatorsharpmovementproblemcausedby”peaking”phenomenonofLESOintheinitialstage，theestimationof”combinedin

6、terference”isnotinputtothecontrollerintheinitialstage．ComparingwiththePID，linearADRChasbetterdy—namicandstaticcharacteristicsandrobustnessinsituationofbigmodelparameterperturbationandconstantinterfer-enceandfirst—orderhigh~equencywaveforcesinterferenceandlowfrequencysinusoidalinter

7、ference．KEYWORDS：Linearactiverejectiondisturbancecontrol；Unmannedunderwatervehicle(UUV)；Headingattitudecontrol；Expecteddynamicequation多控制方法应用于UUV姿态控制中“，取得了丰富的理1引言论成果，但工程实现存在很多困难。无人水下航行器(Unmannedunderwatervehicle，UUV)的自抗扰控制(Activedisturbancerejectioncontrol，ADRC)航向控制品质对其航行安全性和经济性有着至

8、关重要的影继承了PID的优点，具有算法简单、易于实现