文档介绍：第 38 卷第 2 期自动化学报 Vol. 38, No. 2
2012 年 2 月 ACTA AUTOMATICA SINICA February, 2012
工作业以及自身避障的重要技术前提[1−2]. 由于本文研究
的 UUV 具有欠驱动特性及加速度不可积的非完整约束条
基于非线性迭代滑模的欠驱动件[3−4], 加之外界海流的干扰[5−7], 从而令其实现三维航迹跟
踪控制更加困难.
UUV 三维航迹跟踪控制目前对于欠驱动 AUV 的航迹跟踪以水平面跟踪控制为
主. Jalving 等基于传统 PID 控制方法设计了 AUV 航迹控
贾鹤鸣 1, 2 张利军 3 程相勤 1
制系统[8], Wang 等提出基于自适应 PID 控制方法的 AUV
边信黔 1 严浙平 1 周佳加 1
路径跟踪控制器[9], 但 PID 控制方法受时变连续海流的干
扰影响较大, 控制增益难以实时变化调节, 抗干扰能力较弱.
摘要为实现欠驱动无人水下航行器(Unmanned underwater ve-
Repoulias 等基于 Lyapunov 稳定性理论和反步法设计水平
在未知海流干扰作用下的三维航迹跟踪控制提出一种基
hicle, UUV) , [10−12]
于工程解耦思想设计的非线性迭代滑模航迹跟踪控制器. 基于虚拟向导面航迹跟踪控制器; 针对常值海流干扰影响, 付江锋等
的方法, 建立 UUV 空间航迹跟踪误差方程; 采用迭代方法设计非线性提出基于以自由参考点为原点的 Serret- 坐标系下设
滑模控制器, 无需对 UUV 模型参数不确定部分和海流干扰进行估计, 避计的直线跟踪控制器[13] 和水平面航迹跟踪控制器[14]. 以上
免了舵的抖振现象以及减小了稳态误差与超调问题. 仿真实验表明, 设计控制算法大都依赖于精确的系统模型, 视控制算法的复杂程
的控制器对欠驱动 UUV 系统的模型参数摄动及海流干扰变化不敏感、度, 对 AUV 动力模型都需要作出不同程度的假设, 设计过程
且设计参数易于调节可以实现三维航迹的精确跟踪
, . 中不易处理执行机构特性和系统的约束条件, 无法保证实际
关键词欠驱动无人水下航行器, 三维航迹跟踪, 非线性迭代滑模, 虚拟应用时的控制品质. 对于欠驱动 AUV 的三维航迹跟踪问题,
向导
国外的研究文献也较少[15], 且方法相对单一, 多数基于反步
DOI .
法进行控制器设计; 国内 Ding 等考虑了速度限制因素, 针对
Three-dimensional Path Following ROV 的 5 自由度运动控制问题, 设计了鲁棒自适应控制器,
实现了保证控制输入有界条件下的精确跟踪[16].
Control for an Underactuated UUV 基于 Serret- 坐标系下的虚拟向导的跟踪方法已
[17−18]
Based on Nonlinear Iterative Sliding Mode 经在陆地移动机器人的路径跟踪控制中得到应用, 文
献[7] 采用虚拟向导方法建立 AUV 垂直面的误差跟踪方程,
JIA He-Min