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基于VRFT的AUV自抗扰控制器参数整定方法

侯孝东 杨睿 黎明

侯孝东, 杨睿, 黎明. 基于VRFT的AUV自抗扰控制器参数整定方法[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0071
引用本文: 侯孝东, 杨睿, 黎明. 基于VRFT的AUV自抗扰控制器参数整定方法[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0071
HOU Xiaodong, YANG Rui, LI Ming. Research on Parameter Tuning Method of ADRC for AUV Based on VRFT[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0071
Citation: HOU Xiaodong, YANG Rui, LI Ming. Research on Parameter Tuning Method of ADRC for AUV Based on VRFT[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0071

基于VRFT的AUV自抗扰控制器参数整定方法

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0071
基金项目: 山东省重点研发计划(重大科技创新工程)(2021ZLGX04).
详细信息
    作者简介:

    侯孝东(1998-), 男, 在读硕士 主要研究方向为水下机器人运动控制

  • 中图分类号: TJ630.33; U664.82

Research on Parameter Tuning Method of ADRC for AUV Based on VRFT

  • 摘要: 自抗扰控制不依赖模型, 抗干扰能力强, 可以很好地解决自主水下航行器模型不确定性和外部环境复杂的问题, 然而自抗扰控制器的参数整定存在一定困难, 针对该问题, 提出了一种基于虚拟参考反馈整定的自抗扰控制器参数整定方法。首先针对自主水下航行器艏摇模型设计了自抗扰控制器; 其次给出了基于虚拟参考反馈整定的自抗扰控制器参数整定方法; 最后针对角度传感器延迟问题给出了基于史密斯预估器的自抗扰控制器设计方法。仿真证明, 该方法能够在模型信息未知的情况下, 仅通过开环实验的输入输出数据, 对AUV自抗扰控制器参数进行整定, 达到期望的控制效果。

     

  • 图  1  AUV大地坐标与体坐标示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of NED-frame and B-frame of AUV

    图  2  SP-ADRC控制框图

    Figure  2.  Block diagram of SP-ADRC

    图  3  2阶VRFT-LADRC方法

    Figure  3.  Second order VRFT-LADRC

    图  4  VRFT开环实验存在测量误差

    Figure  4.  VRFT open-loop experiments with measurement error

    图  5  VRFT-SPADRC设计流程图

    Figure  5.  Flow chart of the VRFT-SPADRC

    图  6  AUV艏摇模型阶跃响应与控制输出(SP-ADRC)

    Figure  6.  Step response and controller outputs of AUV yaw model(SP-ADRC)

    图  7  LADRC、H-infinity与SP-ADRC响应对比

    Figure  7.  Comparison of LADRC, H-infinity and SP-ADRC responses

    图  8  扰动作用下的阶跃响应与控制输出(SP-ADRC)

    Figure  8.  Step response and controller outputs under disturbances(SP-ADRC)

    图  9  扰动作用下的LESO输出(SP-ADRC)

    Figure  9.  outputs of LESO under disturbances(SP-ADRC)

    图  10  模型参数变化后的系统响应(SP-ADRC)

    Figure  10.  Step response after model changes (SP-ADRC)

    表  1  艏摇模型变量定义与取值

    Table  1.   Definition and values of yaw

    变量 定义 参数值
    $ {I_{{\text{YRB}}}}/({\text{kg}} \cdot {{\text{m}}^2}) $ 刚体转动惯量 $ {\text{0}}{\text{.357}}\;{\text{8}} $
    $ {I_{{\text{YA}}}}/({\text{kg}} \cdot {{\text{m}}^2}) $ 附加转动惯量 $ {\text{0}}{\text{.138 0}} $
    $ {D_{{\text{YN}}}} $ 标称非线性阻尼系数 0.249 6
    $ {D_{{\text{YL}}}} $ 标称线性阻尼系数 0.021 0
    $ {\dot x_r} $/($ {\text{rad/s}} $) 转动角速度 0~4
    $ {\tau _i} $/$ {\text{N}} \cdot {\text{m}} $ 推进器力矩输入 0~6
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-04-16
  • 修回日期:  2024-05-09
  • 录用日期:  2024-05-14
  • 网络出版日期:  2024-08-27

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