非线性级联法下的欠驱动AUV三维直线跟踪控制稳定性研究

本文主要探讨了一种基于级联方法的欠驱动自动水下航行器(AUV)在三维空间中的全局K指数直线跟踪控制策略。作者们针对非线性系统的特性，提出了一个创新的控制框架，旨在解决欠驱动AUV在三维运动中的精度控制问题。 首先，研究者对3维直线跟踪误差模型进行了深入分析，将其分解为水平运动和垂直运动两个部分，形成了一种级联结构。这种级联方法允许独立处理和控制不同维度的运动，有助于提高整体控制的效率和稳定性。 接着，作者针对俯仰角和航向角这两个关键的控制变量，设计了相应的跟踪控制律。他们进一步将平面直线跟踪模型细化为位置跟踪误差与俯仰角和航向角跟踪误差之间的耦合关系，这种分解使得控制设计更为精细且易于分析。 在理论层面上，通过逐级应用级联系统稳定性理论，作者成功证明了整个3维直线跟踪误差具有全局K指数稳定性。K指数稳定性是一种高级别的稳定性概念，意味着系统不仅在局部是稳定的，而且在全球范围内具有优良的性能，这对于实际应用中的导航和避障至关重要。 最后，作者通过数值仿真验证了他们提出的控制算法的有效性和优越性。这一步通常包括设置各种预期的运动条件和干扰情况，以确保算法在实际操作中的鲁棒性和可靠性。 这项工作为欠驱动AUV的全局控制提供了新的解决方案，特别是在复杂水下环境中的精确直线跟踪，对于提升AUV的自主导航能力和任务执行效率具有重要意义。它也为其他领域的级联控制策略设计提供了有价值的参考。