基于非對(duì)稱(chēng)模型的欠驅(qū)動(dòng)USV自適應(yīng)路徑跟蹤控制

陳 霄, 劉 忠, 張建強(qiáng), 董 蛟

(海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院, 湖北 武漢 430000)

0 引 言

路徑跟蹤問(wèn)題是無(wú)人艇(unmanned surface vehicles,USV)運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域備受關(guān)注的研究熱點(diǎn),定義為USV在控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下,無(wú)時(shí)間跟蹤要求,從任意初始狀態(tài)出發(fā),收斂到一條給定的期望路徑,并以期望的縱向速度沿該參考路徑運(yùn)動(dòng)[1]。不具有側(cè)向推進(jìn)器或側(cè)向推進(jìn)器在高速航行時(shí)失效的USV是一類(lèi)典型的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),由于控制輸入個(gè)數(shù)少于其所需控制的自由度個(gè)數(shù),故該類(lèi)系統(tǒng)存在不可積的加速度約束[2]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于欠驅(qū)動(dòng)USV路徑跟蹤控制已有較多的研究成果,根據(jù)所要跟蹤路徑的幾何形狀可分為直線和曲線路徑跟蹤,兩者的主要區(qū)別在于USV直線路徑跟蹤是在平衡點(diǎn)附近的較小鄰域內(nèi)進(jìn)行鎮(zhèn)定控制,通常的做法是對(duì)模型進(jìn)行一定的線性化處理且忽略橫向漂移,在特定的條件下滿(mǎn)足控制要求;曲線路徑跟蹤控制需要考慮USV的操縱運(yùn)動(dòng),橫向漂移不可忽略[1]。基于視線(line-of-sight, LOS)導(dǎo)引策略常用于USV的路徑跟蹤控制中,文獻(xiàn)[3]研究了非對(duì)稱(chēng)USV模型的直線路徑跟蹤問(wèn)題,設(shè)計(jì)了基于坐標(biāo)變換的全局k指數(shù)路徑跟蹤控制器和海流觀測(cè)器,但并未考慮更為一般的曲線路徑跟蹤控制問(wèn)題。文獻(xiàn)[4]為克服USV實(shí)際航行中時(shí)變漂角對(duì)路徑跟蹤控制質(zhì)量的影響,設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了一種基于LOS制導(dǎo)和模糊自適應(yīng)比例-積分-微分(proportional-integral-differential,PID)航向控制的直線路徑跟蹤控制算法。文獻(xiàn)[5]利用增量PID、模糊PID等控制算法實(shí)現(xiàn)了海流環(huán)境下欠驅(qū)動(dòng)USV的直線路徑控制,實(shí)驗(yàn)證明所采用的控制算法可有效抵抗外界海流擾動(dòng),具有一定的魯棒性,同樣未考慮曲線路徑跟蹤問(wèn)題。……