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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

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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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