全驱动AUV三维轨迹跟踪：反馈线性化与滑模控制

"该文档详细探讨了基于反馈线性化的AUV三维轨迹跟踪滑模控制技术，旨在解决自主式水下航行器(AUV)在复杂海洋环境中的精准控制问题。文章介绍了多种传统非线性控制方法，如反步控制、滑模控制、自适应控制，并列举了相关文献中的研究成果，包括积分滑模控制、终端滑模控制、模糊自适应控制等。这些方法在实际应用中仍面临误差积分饱和、超调、干扰等问题。因此，文章提出了采用反馈线性化方法处理AUV的非线性模型，并设计了一种自适应可变参滑模控制器，结合比例积分观测器，以实现在未知复杂环境下的无抖振三维轨迹跟踪控制。AUV的模型和执行机构配置也被详细描述，强调了全驱动特性对于空间运动控制的重要性。" 本文主要关注的是如何提高AUV的三维轨迹跟踪控制性能。AUV在海洋探索任务中扮演着关键角色，因此对其航迹的精确控制至关重要。传统的非线性控制策略，如反步控制、滑模控制和自适应控制，虽然有一定的效果，但它们各自存在一定的局限性。例如，积分滑模控制可能导致误差积分饱和，而双闭环终端滑模控制可能引起过大的姿态超调。 文献中提到的反馈线性化方法是解决AUV非线性模型的一种策略，它通过状态反馈将非线性系统转化为线性系统，从而简化控制设计。在此基础上，设计了自适应可变参滑模控制器，该控制器能够动态调整参数以应对不确定性和环境干扰，比如定常海流。同时，比例积分观测器的引入有助于估计和补偿未知干扰，增强系统的鲁棒性，确保AUV在未知复杂环境中的稳定跟踪。 AUV的运动模型是控制设计的基础，通常在北东向下(NED)的固定坐标系和船体坐标系(B-xyz)下定义。模型考虑了AUV的全驱动特性，即通过分布在不同位置的推进器和舵面来控制AUV的六个自由度运动。图1描绘了这种配置，显示了推进器和舵面对AUV运动的影响力。 本文的工作集中在反馈线性化和滑模控制的结合上，以实现AUV的无抖振三维轨迹跟踪，这在实际应用中对于提高AUV的任务执行效率和精度具有重要意义。通过这种方法，可以更好地应对复杂的海洋环境和未知扰动，提升AUV的自主控制能力。