智能滑模控制提升水下航行器航向跟踪稳定性

本文主要探讨了水下航行器智能航向滑模控制技术，针对自主水下航行器(AUV)在水下环境中遇到的各种不确定性和外部干扰，提出了创新的控制策略。传统的滑模控制在面对复杂环境时易出现"抖振"问题，而该研究着重于解决这一挑战。 首先，文章提出了一种基于干扰观测器的航向跟踪自适应反演滑模控制算法。这个干扰观测器的作用是实时监测并估计系统中的不确定性和外部干扰，有效地处理那些不能直接观测到的干扰。这种方法的优势在于，通过这种观测机制，能够对未被直接测量到的干扰进行补偿，从而提高控制系统的稳定性和鲁棒性。 其次，控制策略具有智能化特性，可以根据水流循环等外界干扰程度动态调整控制策略。这样做的目的是为了更精确地适应不同的环境条件，消除干扰，提升跟踪的稳定性和快速响应能力。通过这种自适应性，即使面对较大的干扰，也能保持航向跟踪的准确性和性能。 然而，以往的研究中也存在一些不足，如王林等人的工作虽然考虑了自适应和变结构滑模控制，但未能充分处理干扰问题；廖煜雷等人设计的反演自适应滑模控制器虽考虑了舵机特性和环境干扰，但在大干扰情况下可能影响跟踪性能。朱齐丹等人虽然利用反步法和滑模观测器取得了不错的效果，但仍可能存在跟踪不稳定的问题。 因此，本文的创新之处在于综合运用干扰观测器和自适应反演滑模控制，旨在提供一种更为全面、有效的解决方案。仿真结果证实了这一控制策略的有效性，跟踪误差能在有限时间内迅速收敛到零，表现出强大的抗扰动能力和良好的自适应性。这项研究对于提升自主水下航行器在复杂水下环境下的导航精度和稳定性具有重要意义，对未来水下无人艇控制技术的发展具有积极的推动作用。