基于自治水下机器人纵向运动的滑模定深控制.pdf

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1、第21卷第7期电子设计工程2013年4月V01．21No．7ElectronicDesignEngineeringApr．2013基于自治水下机器人纵向运动的滑模定深控制李璐琼，张福斌，李勇强(西北工业大学航海学院陕西西安710000)摘要：针对自治水下机器人(AUV)的控制特点，建立了AUV纵向运动的动力模型，采用高阶滑模非线性控制的方法，并运用计算机仿真的手段进行了验证，仿真结果显示了该系统具有良好的控制性能，有效地消除了滑模控制的抖振。对外部扰动具有较强的鲁棒性。关键词：自治水下机器人；滑模控制；俯仰角；深度；舵角中图分类

2、号：TP302文献标识码：A文章编号：1674—6236(2013)07—0059—03ApplicationofslidingmodecontrolforAUVdepthULu—qiong，ZHANGFU-bin，LIYong—qiang(NorthwesternPolytechnicalUniversitySchoolofMarineEngineering，Xi’勰710000，China)Abstract：AccordingtothecharacteristicsofAUV(AutonmousUnderwaterVehic

3、le)controlsystem，themathematicalmodelofdepthplaneisestablished，andthenthehighnonlinearslidingmodecontrolisused．Theauthordesignstousecomputersimulationtoverifythedesign，thecomputersimulationdemonstratedthatthisproposedcontrollerwasefective，andthechatteringonslidingmod

4、econtrolcanbedecreased，andthesystemshowedabetterrobustnessundersomeexternaldisturbance&Keywords：autonmousunderwater；slidingmodecontrol；pitch；depth；rudder随着时代的发展．自治式水下机器人(AutonomousUnder-，⋯Aa为小量，口J得剑AUV纵I司运动万程兰且为waterVehicle．AUV)在世界范围内的应用领域不断扩大应用(m+Al1)cosa0Av+Av(mw(o

5、sinao+pSCxSvo)+于海洋研究、海洋开发等．同时其相应的技术得到了长足发(mvosinao-2mxc)△+△Cc0s一展。在海洋开发过程中，AUV将在海洋环境的探测与建模、海洋目标的水下探测与识别、定位与传输等方面发挥重要的(，n+Al1)0sin0△＆+订砒0coso△。c0=0(1)作用。一(，n+A笠)sin+(}0coso．．sC—．sC)，i＆一由于水下环境的复杂性和AUV各自由度之间存在强耦-pSLCy'~toz。)+(mxc+A)△(0c。s0c0一趾cy。)合性和非线性特征。使得在设计AUV运动控制器时

6、需要考虑许多因素，因此AUV的自动控制存在很大困难。AUV在工△一AGsinOoAO一(m+A笠)0c0s&一(mdcos2旷-作过程中．深度控制是其完成上层任务的主要因素。滑模控lpSLCy~v2)A。lpSLCy％gZ~一(mx+A26)sinot0Av+制是近些年发展起来的一种方法．已经有不少成功的应用，oc由于滑动面的设计与控制对象的参数以及干扰无关，使得滑[m删唧o-(pSLmz％pSLmz&&。)0]模控制具有快速响应，对参数和外干扰变化不灵敏，无需系统在线辨识，物理实现简单的优点。因此本文引进了一种二Av+(Jzz

7、+A66)A0+(mxcvocosozo-1pSIm．口o)A0—阶滑模控制方法。其对AUv的定深控制具有良好的鲁棒性．而且反应迅速，提高了AUV运动的自主能动性。GxcsinOo-(mxc+A)c。soAv&一(mxcotOZoSin}1AUV数学模型的建立pSLmz％o2)A=lpSLmz&vo2Z~Se(2)结合刚体运动和流体力学原理闭，可以得到AUV空间运y=vsin0+vczos0-~sin(0一)(3)动的完整数学模型D-rl。文中只研究AUV纵向运动的定深问y-v~sin0-vyeos0(4)题。根据参考文献[1】

8、，假定如下前提条件：AUV未扰动运动是定常运动，各运动参数为、。、Oo、，Ol。；受到扰动后=纰(5)各运动参数为Vx~Vxo+Av，v-v~o+⋯o／-o~0+Aa；并假设扰动量=一arcan(／v)(6)——■一=啊(7)作者简介：李璐琼(1985一)，男，