基于CARMA模型的水下滑翔机自适应控制-论文.pdf

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1、第31卷第9期计算机仿真2014年9月文章编号：1006—9348(2014)09—0374—05基于CARMA模型的水下滑翔机自适应控制赵宝强，王晓浩，姚宝恒，连琏(1．清华大学精密仪器系，北京100084；2．上海交通大学海洋研究院，上海200240)摘要：水下滑翔机在设计和海中实际应用过程中存在模型参数的不确定性和外部环境的复杂性，要求控制器具有良好的自适应性，在水下滑翔机三维定常运动模型基础上，以俯仰回路模型为例设计了基于CARMA模型的改进广义预测自适应控制器。上述控制器应用遗忘因子递推最小二乘法对系统参数进行实时辨识。在对控制器进行了仿真后，对CARMA模型参数全部突变这一

2、恶劣情况进行仿真并与PID控制对比，结果表明改进控制算法具有良好的快速性、稳定性和自适应性。关键词：水下滑翔机；广义预测控制；递推最小二乘法中图分类号：TP273文献标识码：BCAAModelBasedAdaptiveControllerForUnderwaterGliderZHAOBao—qiang，WANGXiao—hao，YAOBao—heng，LIANLian，(1．DepartmentofPrecisionInstrument，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China；2．InstituteofOceanography，ShanghaiJi

3、aotongUniversity，Shanghai200240，China)ABSTRACT：Consideringthemodelparametersuncertaintyandcomplexityoftheexternalenvironmentinthedesignandpracticalapplicationoftheunderwaterglider，thecontrollerofglidershouldbeadaptable．Soanimprovedgener—alizedpredictiveadaptivecontrollerbasedonCARMAmodelwasdesig

4、nedforpitchloopmodelbasedOilthree—-di·mensionalmodelofglider．Forgettingfactorrecursiveleastsquaresmethodwasusedtoidentifythereal—timeparame—ters．Aftersimulationofthecontroller，aworstsituationthatmodalparametersvariedsharplywasconsideredandsim-ulated．Resultsshowthatthecontrolalgorithmhasgoodspeed

5、，stabilityandadaptability．KEYWORDS：Underwaterglider；Generalizedpredictivecontrol(GPC)；Recursiveleastsquaresmethod1引言基于CARMA模型的水下滑翔机自适应控制器，使系统具有水下滑翔机是一种新型的水下机器人，它通过改变自身了对复杂海洋环境的自适应性。重心相对于浮心的位置和净重力的大小来驱动滑翔机在水下的运动，通过调节尾舵舵角或改变横滚姿态实现转向，它2水下滑翔机三维定常运动模型具有成本低，噪音小，自主性强，维护费用低，重复利用率高，考虑图1所示的水下滑翔机模型，除惯性坐标系(

6、静坐操作简单，对母船依赖性小，可实现编队协同作业等优点使标系)Q—ijk以外，在水下滑翔机上建立以浮心CB为原点的得水下滑翔机具有广阔的应用前景1-2]。CB—ee2e体坐标系(动坐标系)，方向如图2所示。由体坐水下滑翔机的原始概念由美国海洋学家HenryStommel标系向惯性系转换的变换矩阵为R。于1989年提出J，并由海洋学家DougWebb等人于1995年在惯性坐标系下，定义滑翔机的位置矢径为b：[，Y，研制出电池驱动的水下滑翔机Slocum，用于海洋科学研，姿态矢径为S=[，，；在体坐标系下，定义速度=[，，，r，定义角速度n=[n，，r。水下滑翔器的究。随后美国又陆续研制出

7、了Seaglider、Spray和温差能驱动水下滑翔机Slocum等水下滑翔机J。Leonard和总质量m=m^+m+m6+m+m。式中m^为固定质量。包括耐压壳体、控制系统等非运动部件质量。在体坐标系下Graver在建立的模型基础上设计了线性二次型(LQR)最优控制器；Bhattallol在稳定性分析基础上探索了多种控制其质心为；m为压载质量块。即浮力驱动系统，这里认为其质量不变，并忽略其质心的变化。在体坐标系下其质心为律。本文对在水下滑翔机