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基于自适应干扰观测器的水下机器人-机械臂系统反步控制

侯冬冬 都军民 秦丽萍 王凯 经慧祥 李广华

侯冬冬, 都军民, 秦丽萍, 等. 基于自适应干扰观测器的水下机器人-机械臂系统反步控制[J]. 水下无人系统学报, 2023, 31(3): 413-420 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0011
引用本文: 侯冬冬, 都军民, 秦丽萍, 等. 基于自适应干扰观测器的水下机器人-机械臂系统反步控制[J]. 水下无人系统学报, 2023, 31(3): 413-420 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0011
HOU Dongdong, DU Junmin, QIN Liping, WANG Kai, JING Huixiang, LI Guanghua. Adaptive-Disturbance-Observer Based Backstepping Control for Underwater Vehicle-Manipulator Systems[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2023, 31(3): 413-420. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0011
Citation: HOU Dongdong, DU Junmin, QIN Liping, WANG Kai, JING Huixiang, LI Guanghua. Adaptive-Disturbance-Observer Based Backstepping Control for Underwater Vehicle-Manipulator Systems[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2023, 31(3): 413-420. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0011

基于自适应干扰观测器的水下机器人-机械臂系统反步控制

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0011
基金项目: 国家自然基金项目(52275138); 河南省超算重点项目(201400211100); 河南省重点研发与推广专项(222102220004); 河南省高等学校重点科研项目(22A413003); 中央引导资金项目(Z20221343002)
详细信息
    作者简介:

    侯冬冬(1988-), 男, 硕士, 工程师, 主要研究方向为水下航行器运动控制

  • 中图分类号: TJ630.1; U674.941; TB71.2

Adaptive-Disturbance-Observer Based Backstepping Control for Underwater Vehicle-Manipulator Systems

  • 摘要: 针对水下机器人-机械臂系统的强耦合、建模不确定性和环境扰动复杂的特点, 提出了一种自适应干扰观测器的反步控制方法。将海洋多源干扰用线性外系统描述, 设计自适应观测器进行估计。针对实际驱动器存在的输入饱和问题, 设计了辅助动力系统。在此基础上, 进一步设计了反步控制器, 并通过李雅普诺夫理论分析了闭环跟踪系统的有界稳定性。最后通过2 关节水下机器人-机械臂系统进行仿真验证, 结果表明与传统的比例积分微分控制相比, 文中方法能够更好地使机器人-机械臂系统跟踪预定轨迹, 且具有更好的抗干扰能力。

     

  • 图  1  控制系统结构图

    Figure  1.  Structure of control system

    图  2  基于自适应干扰观测器的反步控制作用下UVMS本体跟踪情况

    Figure  2.  The tracking results of UVMS under the backstepping control based adaptive disturbance observer

    图  3  PID控制的UVMS本体跟踪情况

    Figure  3.  The tracking results of UVMS under PID controller

    图  4  2种方法分别作用下的轨迹跟踪误差

    Figure  4.  Tracking errors under two different control methods

    图  5  关节1的角度跟踪误差

    Figure  5.  Tracking errors of the joint 1

    图  6  关节2的角度跟踪误差

    Figure  6.  Tracking errors of the joint 2

    图  7  干扰观测器估计效果

    Figure  7.  The effect of disturbance observer

  • [1] Fossen T I. Guidance and control of ocean vehicles[M]. New York: John Wiley & Sons Inc, 1994.
    [2] Mahesh H, Yuh J, Lakshmi R. A coordinated control of an underwater vehicle and robotic manipulator[J]. Journal of Robotic Systems, 1991, 8(3): 339-370.
    [3] Polycarpou M M, Ioannou P A. A robust adaptive nonlinear control design[J]. Automatica, 1996, 32(3): 423-427. doi: 10.1016/0005-1098(95)00147-6
    [4] Yu S H, Long X J. Finite-time consensus for second-order multi-agent systems with disturbances by integral sliding mode[J]. Automatica, 2015, 54(2): 158-165.
    [5] Hou M, Muller P C. Disturbance decoupled observer design: A unified viewpoint[J]. IEEE Trans Automat Control, 1994, 39(6): 1338-1341. doi: 10.1109/9.293209
    [6] Ohishi K, Nakao M, Ohnishi K, et al. Microprocessor-controlled DC motor for load-insensitive position servo system[J]. IEEE Trans Ind Electron, 1987, 34(1): 44-49.
    [7] Chen W H. Disturbance observer-based control for nonlinear systems[J]. IEEE/ASME Trans Mechatronics, 2004, 9(4): 706-710. doi: 10.1109/TMECH.2004.839034
    [8] Guo L, Chen W H. Disturbance attenuation and rejection for systems with nonlinearity via DOBC approach[J]. Internat J Robust Nonlinear Control, 2005, 15(3): 109-125. doi: 10.1002/rnc.978
    [9] Sun H B, Guo L. Neural network-based DOBC for a class of nonlinear systems with unmatched disturbances[J]. IEEE Trans Neural Netw Learn Syst, 2017, 28(2): 482-489. doi: 10.1109/TNNLS.2015.2511450
    [10] Min J K, Wan K C. Nonlinear disturbance observer design for euler-lagrange systems: An initial study[C]//International Conference on Ubiquitous Robots and Ambient Intelligence. Incheon: IEEE, 2011: 792-793.
    [11] Issam A S, Yasutaka F. On nonlinear disturbance observer based tracking control for euler-lagrange systems[J]. J Syst Des Dyn, 2009, 15: 330-343.
    [12] Zarikian G, Serrani A. Harmonic disturbance rejection in tracking control of Euler-Lagrange systems: An external model approach[J]. IEEE Trans Control Syst Technol, 2007, 15(1): 118-129. doi: 10.1109/TCST.2006.883335
    [13] Chen M, Ge S S, Ren B B. Adaptive tracking control of uncertain MIMO nonlinear systems with input constraints[J]. Automatica, 2011, 47(3): 452-465. doi: 10.1016/j.automatica.2011.01.025
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-07-12
  • 修回日期:  2022-08-15
  • 录用日期:  2022-08-23
  • 网络出版日期:  2022-12-26

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