欠驱动AUV模糊变结构控制研究：应对不确定性与时滞

"模型不确定时滞欠驱动AUV的模糊变结构控制 (2010年)" 本文主要探讨了如何在存在模型不确定性、时变水动力系数、未建模动态以及控制输入时滞的情况下，实现对欠驱动自主水下航行器（AUV）的鲁棒控制。欠驱动AUV是指其动力系统不足以独立控制所有自由度的水下航行器，这给控制设计带来了挑战。针对这些问题，研究者提出了一种模糊变结构控制器。 首先，该控制器的关键在于将变结构控制的切换函数及其变化率作为模糊控制器的输入，而变结构控制律的变化率作为输出。变结构控制是一种非线性控制策略，通过设定一个滑模面，当系统状态接近这个滑模面时，控制作用力会急剧增加，从而快速引导系统达到期望状态，不受系统参数不确定性的影响。模糊逻辑在此处的作用是通过对切换函数和控制律变化率的模糊处理，以适应系统的不确定性。 为了优化控制器的性能，文章引入了压缩扩张隶属度函数。这种函数可以更灵活地表示模糊集的成员关系，使得模糊规则能够自适应地调整控制器中的比例因子和量化因子。比例因子影响控制器的响应速度，而量化因子则影响控制器对输入信号的敏感程度。通过这种方式，模糊控制器能够根据系统的实时状态动态调整自身参数，提高控制效果。 文章还对比了所设计的控制器与模糊变结构控制器和准滑模控制器的性能。通过仿真比较，证实了本文提出的控制器在应对不确定性、时滞问题时具有更优的性能。尤其是在鲁棒性和控制成本方面，新控制器表现出了显著的优势，只有在特定情况下可能出现微弱的抖振现象，但总体控制效果稳定且成本较低。 最后，基于含有水动力系数不确定性、未建模动态和控制输入时滞的实际AUV运动模型进行数值仿真，进一步验证了该控制器的鲁棒性和有效性。实验结果证明，即使在复杂环境下，该控制器也能有效地引导AUV执行预定任务，确保了系统的稳定运行。 总结来说，这篇论文提供了一种针对模型不确定性和时滞问题的高效解决方案，为欠驱动AUV的控制设计开辟了新的途径，对于实际的水下航行器控制系统设计具有重要的理论指导意义。