基于滑模理論的水下航行器航向控制算法研究

楊建華　王敏平

摘要：水下航行器操控性能指標中對定向性能有較高要求，而水下航行器的運動具有強的非線性和耦合性，使得不同航速下定向控制和定深轉向綜合控制成為難點。本文建立了水下航行器的運動學模型，基于滑模理論設計了航向控制器，在MATLAB SIMULINK環境下搭建了航向控制仿真系統，數值仿真結果表明，滑模變結構控制器對于不同航行條件具有較強的適應性，同時，航向的控制效果明顯優于PID控制器。

關鍵詞：水下航行器；滑模變結構控制；PID；定向控制

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.201 7.2.007

引言

水下航行器通常會在復雜的水下環境下進行長時間的航行與作業，在航行期間既需要能穩定地保持航向、深度和航速，又需要能快速改變航向、深度和航速，準確地執行各種機動任務，這就對水下航行器的控制系統提出了較高的要求。水下航行器的運動是較復雜的耦合非線性運動。另外，水下航行器的工作環境中存在各種隨機性很大和不確定性的干擾，這些干擾對水下航行器的運動狀態產生影響，這就需要魯棒性較強的控制器。

滑模變結構控制算法簡單、對參數變化不敏感，以及極強的抗干擾能力使其在水下機器人運動控制領域得到了廣泛的應用。19世紀80年代以來，發達國家及國內水下機器人的研究中，使用了很多滑模變結構控制方法。但是，由于滑模變結構控制在本質上的不連續開關特性會引起系統的抖振，抖振問題成為變結構控制在實際系統中應用的突出障礙?！?br>