基于制导反步法的欠驱动水下机器人鲁棒定深控制

摘要

面向舵桨联动式水下机器人定深巡航任务,考虑外界海流干扰和内在欠驱动特性,建立定深控制系统数学模型.针对该水下机器人垂向自由度上欠驱动特性,在运动学阶段设计关于垂向深度差的渐近视线制导角,从而将定深跟踪过程中垂向和俯仰的耦合控制转变为单一可控的俯仰控制.基于反步法技术,在动力学阶段构建全系统李雅普诺夫函数,避免了分系统合成引起的复杂级联分析,提高了算法的艇载移植性.理论分析了闭环定深跟踪误差(深度差和合速度方向差)一致最终有界,仿真结果证实了所设计的控制器对未知海流干扰具有一定的鲁棒性,能够确保欠驱动水下机器人准确跟踪期望的深度.