基于四元数反馈的UVMS滑模控制器设计

作     者：杜晓玮 侯冬冬 王红都 黎明 DU Xiao-wei;HOU Dong-dong;WANG Hong-du;LI Ming

作者机构：中国海洋大学工程学院山东青岛266100 河南省水下智能装备重点实验室河南郑州450015 山东省海洋智能装备技术工程研究中心山东青岛266100 

出 版 物：《水下无人系统学报》 (Journal of Unmanned Undersea Systems)

年 卷 期：2021年第29卷第4期

页      面：407-414页

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 082601[工学-武器系统与运用工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0826[工学-兵器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：河南省水下智能装备重点实验室开放基金(KL02A1802) 中央高校基本科研业务费专项(201964012) 

主　　题：水下机器人-机械手系统 四元数反馈 滑模控制 遗传算法 参数优化 

摘      要：随着水下机器人-机械手系统(UVMS)向轻量化、敏捷化方向发展,对高精度水下姿态控制的需求日益突出。传统方法多使用欧拉角表示姿态,其在特殊姿态下求运动学逆解会产生奇异,不能满足特殊姿态作业的要求。因此,文中采用四元数表示水下机器人本体姿态,建立基于四元数的运动学模型,避免了欧拉角的万向锁问题。同时,进一步构建了UVMS的动力学模型,构造基于四元数误差的滑模面,设计了位置、姿态滑模控制器,并通过广义Lyapunov理论分析了系统的稳定性。为了实现更好的控制效果,利用时间误差绝对值函数设计适应度函数,采用遗传算法优化了控制器参数。仿真结果验证了控制器的有效性。