改进主从控制的海洋机器人零航速减摇鳍系统稳定性研究

本文主要探讨了基于改进主从控制结构的海洋机器人零航速减摇鳍系统的设计与应用。海洋机器人在近水面低速航行时，横摇稳定性是一个关键问题，尤其是在风浪等外部干扰下保持平稳姿态。零航速减摇鳍作为辅助稳定装置，其非线性动态特性需要被充分利用。 首先，研究者针对海洋机器人的横摇运动，构建了一个横摇解耦模型，这个模型有助于分离横摇控制与其他运动的相互影响，使得控制设计更加精确。主从控制结构被引入，其中主控制器负责全局策略和决策，而从属控制器则根据主控制器的指令执行具体的横摇减摇控制任务。这种结构简化了控制问题，提高了系统的响应速度和鲁棒性。 作者提出了一种具有积分滑模面的变结构控制规律，通过这种方法，能够有效地估计系统期望的横摇扶正力矩。这种控制策略旨在消除或减少横摇误差，并确保机器人在遇到不确定性和干扰时能快速恢复平衡。 接着，非线性跟踪控制理论和反馈线性化方法被结合起来，用来建立减摇鳍子系统模型。这样做的目的是将非线性系统转化为线性可处理的形式，使得控制设计更为容易。通过设计从属控制规律，可以直接驱动减摇鳍产生实际的横摇稳定力矩，实现机器人在近水面环境中的稳定横摇控制。 最后，通过仿真结果和理论分析，验证了所设计的控制规律是稳定的、有效的。它能够在各种复杂的海洋条件下，如波浪和风的影响下，确保海洋机器人保持理想的横摇姿态，从而提高机器人的航行效率和安全性。 这项研究对于提升海洋机器人在恶劣海况下的自主航行能力具有重要意义，为海洋机器人控制技术的发展提供了新的思路和方法。