基于四元数的欠驱动AUV的镇定控制设计-论文.pdf

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1、第9卷第2期智能系统学报Vo1．9№．22014年4月CAAITransactionsonIntelligentSystemsApr．2014DOI：10．3969／j．issn．1673·4785．201210058网络出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／doi／CNKI：23—1538／TP．20131107．1716．002．html基于四元数的欠驱动AUV的镇定控制设计吴琪，李晔(哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：镇定控制是指在控制输入作用于水下机器人，使水下机器人能够从任意的初始位置和姿态到达，并且稳定在设计

2、的位置和姿态，在深潜救生艇的水下对接、定位跟踪中应用广泛。通过对欠驱动AUV的六自由度空间运动方程和轨迹方程简化，采用四元数方法进行了模型变换，提出了一种具有4个控制输入的连续时变镇定控制律，证明了提出的控制律的收敛性，并且进行了镇定仿真实验演示。仿真结果表明，控制律是有效的，并且能够在任意初始条件下实现镇定控制。关键词：智能水下机器人；镇定控制；三维；轨迹；线性控制系统；时变系统；运动控制；仿真中图分类号：TP24文献标志码：A文章编号：1673—4785(2014)02·0186-06中文引用格式：吴琪，李晔．基于四元数的欠驱动AUV的镇定控制设计[J】．智能系统

3、学报。2014，9(2)：186-191．英文引用格式：WUQi。LIYe．StabilizationdesignofunderactuatedAUVbasedonquaternion[J]．CAAITransactionsonIntelli-gentSystems，2014，9I2)：186-191．StabilizationdesignofunderactuatedAUVbasedonquaternionWUQi，LIYe(ClledgeofShipbuildingEngineering，HarbinEngineeringUniversity，Harbin1500

4、01，China)Abstract：StabilizationcontrolaimsatstabilizingtheAUVtothedesignedpositionandattitudefromanyinitialpo-sitionunderthecontrollinginput．Stabilizationiswidelyusedintheabutmentofdeep—watersubmarinesandlocationtracking．Thispaperdescribesanewtime—variablestabilizationlawwithfourinputsw

5、hichwasdesignedbasedonthesimplificationofthe6一DOF(degreeoffreedom)spacemotionandtraceequationsofanunderactuatedAUVandtheconversionofthemodelwhichwasrealizedbyquaternion．Thecontroltrialwasdonetoprovethatthecon—trollawwasconvergent．Thesimulationresultsprovethatthecontrolmethodiseffectivea

6、ndthestabilizationcanbeachievedunderanyinitialconditions．Keywords：autonomousunderwatervehicles；stabilization；threedimensional；trajectories；linearcontrolsystems；timevaryingsystems；motioncontrol；simulation智能水下机器人(autonomousunderwatervehicle，源采样、海底地形勘测、沉物打捞、地震地热活动监AUV)作为船舶与海洋工程和机器人技术的学科交叉测

7、、海洋环境监测等。在AUV进行作业任务的过程领域，得到了世界各国的广泛重视。AUV在军事上中，轨迹跟踪能力是必不可少的技术条件之一。尤其可广泛应用于水域侦查、中继通讯、区域探雷、智能攻是在执行海区搜索、海洋测绘等任务的时候，轨迹跟击等；在民用方面，可用于海底生物资源探查、矿产资踪的精度直接影响到区域覆盖和探测数据的完整性』。文献[3]采用微分同胚变化进行了二维平面收稿日期：2012-10—27．网络出版日期：2013．11一o7．的水面无人艇的镇定控制研究，引进扩大形式函数基金项目：国家自然科学基金资助项目(51279221，51179035)；黑龙