改进积分滑模控制器提升近水面机器人减摇性能

本文主要探讨了在海洋机器人在近水面低速航行时如何通过改进积分型变结构控制器来提高其减摇性能。随着海洋技术的发展，近水面作业的机器人如潜水器、无人艇等面临着来自海浪的强烈横摇挑战，这对机器人的稳定性和精度构成了威胁。为了克服这一问题，研究者结合减摇鳍减摇原理，这是利用附加的鳍片通过调整姿态来抵消船体受到的不稳定横摇力。 文章首先介绍了减摇鳍的工作原理，这是一种主动控制策略，旨在通过精确的动态调整，使机器人保持在理想航向。变结构控制理论在此背景下被引入，它强调了控制器设计的鲁棒性和灵活性，能够快速适应环境变化，比如海浪动力的不确定性。在水下机器人横摇解耦模型的基础上，研究者提出了一个创新的控制器设计，即带有自适应机制的改进积分滑模控制器。 积分滑模控制是一种特殊的控制策略，它利用积分作用来跟踪系统的参考状态，有效地减小稳态误差。然而，传统的滑模控制可能存在一定的稳态误差，而改进后的积分滑模控制器则在保证稳态准确性的同时，进一步提升了减摇效率。这种改进可能涉及参数优化、抗扰动能力增强或者动态调整机制，使得控制器能够更精确地响应海浪带来的波动。 通过仿真分析，研究者验证了该改进控制器的有效性。结果表明，在实际操作中，改进后的积分滑模控制器不仅能够有效抑制机器人在近水面的横摇，而且在消除稳态误差的同时，显著提高了减摇性能，这对于延长机器人的工作时间、提升作业精度以及确保安全运行具有重要意义。 这篇文章对于海洋机器人领域的研究人员和工程师来说，提供了一种实用且有效的控制策略，特别是在恶劣海况下的近水面航行控制问题上，有助于推动相关技术的发展和应用。关键词如“机器人”、“近水面”、“减摇鳍”和“积分变结构控制”突出了本文的核心内容和研究价值。