欠驱AUV三维航迹自适应Backstepping跟踪控制：仿真验证与性能提升

本文主要探讨了"基于自适应Backstepping的欠驱动AUV三维航迹跟踪控制"这一关键技术在自主水下机器人领域的应用。首先，研究者针对欠驱动AUV（Autonomous Underwater Vehicle, AUV）在缺少横向推进器的情况，运用非完整系统理论深入剖析了其控制系统的特点。欠驱动AUV由于动力限制，其运动模型存在特殊的动态特性，即存在加速度约束不可积性，这使得传统的控制策略可能无法有效应对复杂的水下环境。 接着，作者借鉴李亚普诺夫稳定性理论，这是一种重要的控制理论，用于确保系统的稳定性。他们采用自适应Backstepping方法设计了一种连续且时变的航迹点跟踪控制器。Backstepping是一种递归设计技术，它通过构造Lyapunov函数来逐步逼近系统状态，从而实现对复杂非线性系统的精确控制。这种方法的优势在于能够有效地处理非线性、不确定性以及外部干扰，如海流等。 仿真实验的结果表明，这种自适应Backstepping控制器对于欠驱动AUV在三维空间中的航迹跟踪表现出强大的控制能力。它能够使AUV对一系列三维航迹点实现渐近稳定控制，这意味着即使在长时间运行下，AUV也能保持与预设轨迹的高度一致性。此外，与传统的PID（Proportional-Integral-Derivative）控制相比，该方法在航迹跟踪的精度和鲁棒性上具有显著优势，能够更好地抵抗各种动态变化和环境扰动。 本文的关键贡献在于提出了一种有效的控制策略，不仅解决了欠驱动AUV在三维航迹跟踪中的控制难题，还提升了系统的性能和可靠性。这对于深海探索、海洋观测以及其他依赖高精度航迹跟踪任务的AUV应用具有实际意义，也为其他领域的非完整系统控制提供了有价值的参考。