滑模控制在水下航行器横滚姿态控制中的应用研究.pdf

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1、总第231期舰船电子工程V01．33No．92013年第9期ShipElectronicEngineering55滑模控制在水下航行器横滚姿态控制中的应用研究+陈路伟1汤华涛2(1．91388部队93分队湛江524022)(2．海军工程大学机械工程系武汉430033)摘要水下航行器的横滚会使其纵向运动与侧向运动发生交连耦合，给其运动带来一系列不良后果。针对水下航行器航行环境复杂、模型参数摄动大、执行机构的饱和非线性等特点，采用滑模控制设计水下航行体横滚姿态控制器，以达到抑制和消除横滚的目的。仿真结果表明，滑模控制器操舵平滑，控制速度快，鲁棒性和环

2、境适应能力更好。完全能胜任水下航行器横滚姿态控制的要求。关键词水下航行器；横滚控制；滑模控制器中图分类号TM571DOI：10．3969／j．issnl672--9730．2013．09．018SlidingModeControlintheUnderwaterVehiclePollAttitudeControlC髓NLuweiTANGHuatao(1．Nn91388TroopsofPLA，Zhanjiang524022)(2．NavalUniversityofBlgine商ng，DepartmentofMechanicalEngineering，

3、Wuhan430033)Ah内融吐TheAUVrollwillmaketheverticalmovementandlateralmovementACcoupled，bringsaseriesofadverseconsequencestOitsmovemenLInviewofthenavigationenvironmentcomplex，modelparameterperturbation，nonlinearsaturationcharacteristicsofexecutionmechanismtOtheunderwatervehicle。the

4、rollattitudecontrollerbodyhorizontalslidingmodecontroldesignofunderwatervehicles，inordertOachievethepurposeofinhibitingandeliminatingrollThesimulationresultsshowthattheslidingmodecontrollersteeringcontr01．smooth，fastspeed，robustnessandtheabilitytOadapttOtheenvironmentbetter．C

5、anrollattitudecontrolrequirementsforcrossforunder—watervehicle．‰yWordsunderwatervehicle，rollcontrol，slidingmodecontrollerCl鹅sN嘎曲盯TM5711引言2水下航行器横滚姿态控制模型水下航行器的姿态控制模型是非线性的，在水下航行器的推进过程中，模型参数会发生大范围摄动，同时水下航行器的航行环境非常复杂，随着现代海战对水下航行器的操纵性等特性有更高的要求，传统的PID控制方法难以胜任。针对这种情况，国内外很多学者将非线性鲁棒控制、

6、自适应控制、模糊控制等现代控制理论与技术应用于水下航行器的姿态控制上，在水下航行体姿态控制方法的研究上取得了一定的进展[1~4]。但在实际中很难建立摩擦的精确数学模型，有些控制方法本身具有运算量大、实时性差的不足，加之一些非线性因素和不确定因素的影响，给实时控制带来了困难。滑模控制是一种能用来处理线性和非线性控制问题的控制方法，由于滑模控制中的滑动模态具有不变性，即它和系统的摄动以及外部干扰无关，这种理想的鲁棒性引起了控制界的极大关注[5]。本文针对水下航行器姿态控制要求，采用积分滑模控制对加载系统进行控制，对造成抖振的切换控制增益加以改进，设计

7、了自适应切换增益，能实时在线地估测不确定项的边界值，在削弱系统抖振的同时，进一步提高加载系统的输出精度和抗干扰能力。+收稿日期：2013年3月11日，修回日期：2013年4月29日作者简介：陈路伟，男，硕士，助理工程师，研究方向：水下靶标。水下航行器的空间运动数学模型可由六个动力学方程和九个运动学方程描述‘6

8、。在体坐标系下，文献E63给出了水下航行器空间运动方程的基本形式。方程组中包含了复杂的粘性力非线性项，但是在航行器的初始设计和研究阶段，不需要花费大量的人力物力去获得粘性力的具体形式，粘性力的线性项就可以满足设计要求。水下航行器在小冲角、小

9、侧滑角、小机动运动条件下，若视重心位置为一阶小量，可得其空间运动动力学方程的简化形式。首先对航行器空间运动方程在纵向和横向一横滚两个方向