海流扰动下无人水下航行器的动态面反演轨迹跟踪控制

来源：系统工程与电子技术杂志2021年第6期北京时间：

作者：曹晓明, 魏勇, 衡辉, 沈智鹏

单位：1. 海军潜艇学院导弹兵器系, 山东 青岛 266199；2. 大连海事大学船舶电气工程学院, 辽宁 大连 116026

摘要：针对存在未知海流扰动条件下无人水下航行器(unmanned underwater vehicle, UUV)的轨迹跟踪控制问题, 提出一种欠驱动UUV的动态面反演轨迹跟踪控制方法。首先, 设计一种改进型海流扰动观测器来估测航行器动力学模型中存在的未知海流扰动。然后, 采用反演法并结合动态面控制技术设计三维轨迹跟踪控制器, 将控制算法中微分运算转换为简单且易于实现的代数运算, 降低控制算法复杂性的同时避免“微分爆炸”问题, 结合李雅普诺夫理论证明系统闭环稳定性。最后, 对所设计的控制器进行仿真验证, 结果表明所设计观测器能够有效应对时变海流干扰问题, 精确地完成UUV的轨迹跟踪控制任务。

关键词：无人水下航行器,三维轨迹跟踪,海流观测器,动态面控制

基金资助：国防技术基础项目(海装计2019420);国家高新技术研究计划(863)(2012AA112702);国家自然科学基金(51579024);中央高校基本科研业务费项目(3132016311)