基于扰动观测器增强的同轴HAUV自适应反步跟踪控制

作     者：逯明清 廖飞 高福奎 邢贝贝 吴世崇 范召林 苏玉民 吴文华 

作者机构：哈尔滨工程大学水下智能机器人技术国防科技重点实验室 中国空气动力研究与发展中心跨域飞行交叉技术实验室 上海交通大学海洋学院 中山大学系统科学与工程学院 

出 版 物：《航空学报》 (Acta Aeronautica et Astronautica Sinica)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 082402[工学-轮机工程] 081105[工学-导航、制导与控制] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：The Feng Lei Youth Innovation Fund of CARDC,Grant/Award Numbers FL018070012,ZZZH2000907098 The National Defense Key Laboratory Fund under Grant,Grant/Award Number(614222003061709) 

主　　题：水空两栖航行器 水空跨越 反步控制器 非线性扰动观测器 鲁棒控制 

摘      要：实现稳定且精确的轨迹跟踪是水空两栖航行器（Hybrid Aerial Underwater Vehicle, HAUV）实现跨介质运动操作的前提。为解决同轴HAUV在面临建模不确定性和外界环境复杂干扰的水空跨介质轨迹跟踪控制问题，一种非线性扰动观测器（NonlinearDisturbanceObserver, NDO）增强的自适应反步控制器（Adpative Backstepping Controller, ABSC）被设计出来。对同轴HAUV的介质跨越机理进行分析，充分考虑了如水体、风浪流等带来的附加变量，通过设计光滑的过渡函数建立了连续的动力学模型。在BSC构成的控制器基础框架上，通过集成NDO来估计难以测量的集总不确定性，并引入自适应算法补偿NDO的观测误差。自适应算法和NDO联合作用，共同提高了系统鲁棒性。通过李雅普诺夫理论证明了闭环系统稳定性。仿真结果表明，本文所设计的控制器对未知扰动具有较强抑制能力，能够实现对水-空跨越轨迹的有效跟踪。