基于非线性模型预测控制的油下巡检机器人轨迹跟踪研究

来源：机床与液压杂志2025年第15期北京时间：

作者：蒋雪健，钟羽中，郭斌，魏来，刘里宵，李中萍，佃松宜

单位：四川大学电气工程学院；四川大学电气工程学院；四川大学电气工程学院；四川大学电气工程学院；四川大学电气工程学院；四川大学电气工程学院；四川大学电气工程学院

摘要：为保证油下环境中巡检机器人轨迹跟踪控制的准确性及鲁棒性，建立油下巡检机器人完整动力学模型，同时考虑机器人本体巡游时存在的输入约束、状态约束以及变压器油中存在的未知环境扰动，提出一种非线性模型预测控制的巡检轨迹跟踪控制算法。该算法考虑油下机器人在巡检中存在的未知环境干扰，通过构建扩张状态观测器，实现对变压器油中环境扰动的估计。在此基础上，提出非线性模型预测控制算法，并利用干扰估计信息进行在线补偿，以提高巡检机器人控制精度。最后，通过数值仿真对比验证所提出算法的轨迹跟踪能力及抗干扰能力。结果表明：该算法显著提高了控制系统的稳定性和跟踪性能，且具有良好的抗干扰能力。

关键词：油下巡检机器人;轨迹跟踪;非线性模型预测控制;抗干扰能力;扩张状态观测器