欠驱动自主水下航行器的镇定及跟踪.pdf

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1、总第216期舰船电子工程Vo1．32No．62012年第6期ShipElectronicEngineering125欠驱动自主水下航行器的镇定及跟踪吴宇王家鑫(海军驻上海地区航天系统军事代表室上海200233)摘要针对仅带有轴向推力及偏航力矩的欠驱动自主水下航行器(AUV)，研究了其在水平面内的轨迹跟踪及定点调节问题。基于Lyapunov直接法及串接一反步技术，通过采用一种带有动力学震荡器的跟踪误差变换，设计了一种统一的连续时变状态反馈控制律，并给出了参数自适应更新律以估计AuV的非线性阻力参数，使得AUV的位置及方向角的跟踪误差全局渐近

2、收敛于零点左右的一个邻域内，该区域可以为任意小，并且，AUV的跟踪性能与外界干扰的大小无关。仿真结果证明所提出的方法是有效的。关键词自主水下航行器；跟踪及镇定；欠驱动；自适应中图分类号TP24StabilizationandTrackingforanUnderactuatedAutonomousUnderwaterVehicleWUYuWANGJiaxing(AerospaceMilitaryRepresentativeOfficeinShanghaiArea，Shanghai200233)AbstractTheproblemoftraj

3、ectorytrackingandsetpointregulationisinvestigatedforanunderactuatedautonomousunderwatervehi—cle(AUV)movingonthehorizontalplanewithonlythesurgeforceandyawmomentavailable．BasedonLyapunov’sdirectmethodandcas—cade-backsteppingapproach，anunified，continuoustimevaryingstatefeedb

4、ackcontrollerisdesignedbyadoptingatrackingerrortransfor—mationwithadynamicoscillator．Meanwhile，aparameteradaptiveupdatelawisproposedtoestimatethenonlineardampingtermsoftheAUv．Thesecontrollersguaranteetheposition／。rientationtrackingerrorsoftheAUVgloballyexponentiallyconver

5、getoaneighborhooda—bouttheoriginthatcanbemadearbitrarilysmal1．Moreover，thetrackingperformanceoftheAUVisexternaldisturbancesindependent．Simulationresultsvalidatetheproposedmethod．KeyWordsautonomousunderwatervehicle(AUV)，trackingandstabilization，underactuated，adaptiveClassN

6、umberTP24下航行器的控制问题进行了研究，其设计的控制律可同时1引言实现水下航行器的跟踪或镇定，但其仅能保证与输人数目一直以来，欠驱动系统(即独立输入少于其所需控制的相同的自由度数可控。通过一种指数形式的坐标转换自由度数的一类系统，)控制问题都吸引着研究者们的广泛[9～Io]，针对欠驱动链式系统设计了一种控制律，可使得注意。其中，关于镇定问题(或定点调节问题)以及轨迹跟跟踪及镇定误差全局指数收敛，但其要求某一参考信号满踪问题的研究更是得到了一系列具有重要意义的研究结足指数衰减条件。在文献[11～122中，作者引入了另一种果。时变的误

7、差坐标转换，分别针对欠驱动船舶和AuV的跟欠驱动系统的镇定问题的研究目的是调节系统至某一踪及镇定问题设计了一种控制律，，可以使得状态误差全局理想的定常状态，如船舶的停泊、自主水下航行器(AUV)渐近收敛，其缺点是，当存在外界干扰时，状态误差的跟踪的动力定位等。由于此时系统不满足Brockett必要条件，精度随干扰的增减而改变。为了得到一致的控制性能，在因此采用连续时不变的反馈控制律无法实现系统的镇文献[13～16]中，设计了一种动力学震荡器，通过适当的误定[，部分研究者给出了基于不同概念，如时变、不连续和差状态变换，为欠驱动系统提出了可同

8、时实现轨迹跟踪和切换等情况下的结果_】]。与镇定问题不同的是，跟踪问定点调节的控制律，使得跟踪精度与干扰无关，并保证跟踪题要求系统能够跟踪某一参考运动轨迹，由于参考信号满误差全局一致最终有界。