水下滑翔机的反步与反馈线性化控制对比研究.pdf

《水下滑翔机的反步与反馈线性化控制对比研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第37卷第12期2015年12月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．37，No．12Dec．，2015水下滑翔机的反步与反馈线性化控制对比研究张凯，刘雁集，马捷(上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海200240)摘要：水下滑翔机是高阶非线性系统，传统的线性控制方法在滑翔机俯仰角大幅度转换过程中易出现调整时间变长，控制精度下降等问题。通过研究水下滑翔机动力学模型，在保留模型非线性特征的前提下，分别设计了基于反步法以及基于输入输出反馈线性化的水下滑翔机纵倾运动控制器。数值仿真表明，在俯仰角大范围转换动态过程中，2种方法均能实现滑翔机纵倾运动的控制，反步控制

2、器更适宜用于俯仰角的控制，而输入输出反馈线性化对压载水囊质量的控制则更胜一筹。关键词：水下滑翔机；反步法；输入输出反馈线性化；俯仰控制；仿真对比中图分类号：U674．941文献标识码：A文章编号：1672—7649(2015)12—0139—05doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2015．12．029Pitchcontrolofunderwaterglider：performancecomparisonbacksteppingt'S．input-outputfeedbacklinearizationZHANGKai，LIUYah—ji，MAJie(StateKey

3、LaboratoryofMarineEngineering，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Underwatergliderisacomplexnonlinearsystem．Thetraditionallinearcontrolmethodsmayshowpoorperformancewhenalargechangeofpitchanglehappens，suchaslongersettlingtime，worsecontrolaccuracy．Bystudyingtheequationsofglider

4、systemandkineticofthemodel，twononlinearcontrolmethodsbasedonbacksteppingandinputoutputfeedbacklinearizationwereappliedtodesigningcontrollerforgliderpitchanglecontr01．Numericalsimulationsshowthatbothcontrollerssucceededincontrollingthesystemwithasharpchangeofpitchangle．Comparisonoftimespecificatio

5、nperformancewastakentodetermineabettermethod．Asaresult，backsteppingcontrolmethodhasbetterperformanceinpitchanglecontrollingwhiletheinput-outputfeedbacklinearizationmethodismoresuitableforballastwatercontr01．Keywords：underwaterglider；backstepping；input—outputfeedbacklinearization；pitchingcontrol；s

6、imulationandcomparison0引言水下滑翔机是一种装有固定机翼、依靠浮力驱动的水下自治航行器(AUV)，它依靠浮力调节系统改变自身所受净浮力实现升沉运动，借助升沉过程中机翼产生的升力获得水平推力向前航行。浮力调节系统与内部质量滑块调节系统的协同工作使得滑翔机能在垂直平面内沿锯齿状轨迹向前运动，并通过尾舵或者内部横滚调节系统完成转向运动。水下滑翔机具有续航能力长、作业范围广、作业成本低、无需母船支持、隐蔽性好等优点，在水下侦察、水体数据采集等海洋科考领域具有广阔的应用前景。水下滑翔机是具有内部动态质量、多输入多输出的高阶系统，具有很强的非线性⋯，自身不稳定，其航向稳定性和姿

7、态稳定性均需要控制器施加控制才能得以保证。目前，大多数滑翔机的控制器仍采用线性控制器，典型代表为比例积分微分控制(PID)与线性二次调节器(LinearQuadratic收稿日期：2014—11—18；修回日期：2015—06—24基金项目：国家自然科学基金资助项目(51179102)作者简介：张凯(1989一)，男，硕士研究生，研究方向为轮机工程及其自动化、机电控制系统。·140·舰船科学技术第37卷Regulator，LQR)，