• 中国科技核心期刊
  • JST收录期刊
  • Scopus收录期刊
  • DOAJ收录期刊

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于RBF神经网络的欠驱动AUV反步滑模水平面轨迹跟踪控制

王储 王磊 胡震 胡宝强

王储, 王磊, 胡震, 等. 基于RBF神经网络的欠驱动AUV反步滑模水平面轨迹跟踪控制[J]. 水下无人系统学报, 2025, 33(6): 1-9 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0076
引用本文: 王储, 王磊, 胡震, 等. 基于RBF神经网络的欠驱动AUV反步滑模水平面轨迹跟踪控制[J]. 水下无人系统学报, 2025, 33(6): 1-9 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0076
WANG Chu, WANG Lei, HU Zhen, HU Baoqiang. Underactuated AUV backstepping sliding mode horizontal trajectory tracking control based on RBF neural network[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0076
Citation: WANG Chu, WANG Lei, HU Zhen, HU Baoqiang. Underactuated AUV backstepping sliding mode horizontal trajectory tracking control based on RBF neural network[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0076

基于RBF神经网络的欠驱动AUV反步滑模水平面轨迹跟踪控制

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0076
基金项目: 国家重点研发计划项目资助(2022YFC2808004).
详细信息
    作者简介:

    王储:王 储(2001-), 男, 在读硕士, 主要研究方向为AUV控制与总体设计

  • 中图分类号: TJ630;U674.941

Underactuated AUV backstepping sliding mode horizontal trajectory tracking control based on RBF neural network

  • 摘要: 针对欠驱动自主水下航行器(AUV)在复杂海洋环境中水平面轨迹跟踪控制难度大、抗干扰能力弱的问题, 提出一种基于径向基函数(RBF)神经网络的欠驱动AUV反步积分滑模轨迹跟踪控制方法。首先, 运用反步控制方法设计运动学控制器, 得到虚拟控制律和实际控制输入; 其次, 在动力学控制器中, 引入积分滑模控制, 考虑系统的不确定因素及可能存在的外部干扰, 同时引入RBF神经网络在线逼近系统未知非线性项, 有效解决传统滑模控制中抖振效应与参数不确定性之间的矛盾; 最后, 将误差作为RBF神经网络的输入, RBF神经网络的输出作为切换控制, 从而实现滑模控制律的在线调整。仿真结果表明: 通过与传统的反步滑模控制进行比较, 文中方法可有效消除传统滑模控制中切换项引起的抖振问题, 使系统具有良好的鲁棒性。

     

  • 图  1  AUV水平面坐标系

    Figure  1.  The coordinate frames of an AUV on horizontal plane

    图  2  RBF神经网络结构图

    Figure  2.  Structural diagram of RBF neural network

    图  3  BISMC与RBF-BISMC控制下的直线轨迹跟踪对比

    Figure  3.  Comparison of linear trajectory tracking under BISMC and RBF-BISMC control

    图  4  BISMC与RBF-BISMC控制下的直线速度跟踪对比

    Figure  4.  Comparison of linear velocity tracking under BISMC and RBF-BISMC control

    图  5  BISMC与RBF-BISMC控制下的速度误差跟踪对比

    Figure  5.  Comparison of speed error tracking under BISMC and RBF-BISMC control

    图  6  BISMC与RBF-BISMC控制下的输出及RBF估计

    Figure  6.  Output and RBF estimation under BISMC and RBF-BISMC control

    图  7  BISMC与RBF-BISMC控制下的正弦轨迹跟踪对比

    Figure  7.  Comparison of Sine Trajectory Tracking under ISMC and RBF-BISMC Control

    图  8  BISMC与RBF-BISMC控制下的速度跟踪对比

    Figure  8.  Comparison of speed tracking under BISMC and RBF-BISMC control

    图  9  BISMC与RBF-BISMC控制下的速度误差对比

    Figure  9.  Comparison of Speed Error between BISMC and RBF-BISMC Control

    图  10  BISMC与RBF-BISMC控制下的输出及RBF估计

    Figure  10.  Output and RBF estimation under BISMC and RBF-BISMC control

    表  1  AUV模型参数

    Table  1.   Model parameters of AUV

    参数取值参数取值
    m1215 kgm2265 kg
    m380 kgXu70 kg/s
    Yv100 kg/sNr100 kg/s
    Xu|u|100 kg/sYv|v|200 kg/s
    Nr|r|100 kg/s
    下载: 导出CSV
  • [1] 王芳, 万磊, 李晔, 等. 欠驱动AUV的运动控制技术综述[J]. 中国造船, 2010, 51(2): 227-241.

    WANG F, WAN L, LI , et al. Y, et al. A survey on development of motion control for underactuated AUV[J]. Shipbuilding of China, 2010, 51(2): 227-241.
    [2] 吴宝举, 李硕, 王晓辉. 自治水下机器人自适应滑膜控制[J]. 机械设计与制造, 2010, 7: 142-144.

    WU B J, LI S, WANG X H. Adaptive sliding mode control of an autonomous underwater vehicle[J]. Machinery Design & Manufacture, 2010, 7: 142-144.
    [3] 李亚龙, 王俊雄. 考虑未知时变流速的AUV改进动态面自适应跟踪控制[J]. 装备环境工程, 2025, 22(1): 144-151.

    LI Y L, WANG J X. Improved dynamic surface adaptive tracking control of AUV considering unknown time-varying velocity[J]. Equipment Environmental Engineering, 2025, 22(1): 144-151.
    [4] 刘杰. 基于反步滑模的AUV轨迹跟踪控制方法研究[D]. 天津: 河北工业大学, 2022.
    [5] 于曹阳, 向先波, 张嘉磊, 等. 基于反步法的欠驱动AUV鲁棒定深控制[J]. 华中科技大学学报(自然科学版), 2017, 45(10): 117-121.

    YU C Y, XIANG X B, ZHANG J L, et al. Robust depth control of under-actuated underwater vehicles based on backstepping[J]. Journal of Huazhong University of Science and Technology(Natural Science Edition), 2017, 45(10): 117-121.
    [6] XIE W, SI C L, MA H, et al. An active disturbance rejection control for underactuated AUV[C]//2023 38th Youth Academic Annual Conference of Chinese Association of Automation(YAC). Hefei, China: YAC, 2023: 123-127.
    [7] 徐燕铭, 徐营杰, 宋泽, 等. 基于模糊控制的AUV运动控制研究[J]. 天津航海, 2023, 2: 75-78.

    XU Y Y, XU Y J, SONG Z, et al. The motion control research on the underwater robot based on fuzzy control[J]. Tianjin Hanghai, 2023, 2: 75-78.
    [8] 李宏宇, 王莹, 陆震, 等. 基于PSO-GA算法和神经网络的AUV姿态协调控制[J/OL]. 中国测试, 1-7[2025-04-16]. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-SYCS20220321018.htm.

    Coordinated attitude control of underwater vehicle based on PSO-GA algorithm and neural network[J/OL]. Zhongguo Ceshi, 1-7 [2025-04-16]. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-SYCS20220321018.htm
    [9] 张荣浩. 基于模型预测控制的AUV运动控制方法研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2024.
    [10] 李山山. 基于改进分数阶滑模的欠驱动AUV轨迹跟踪控制[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2024.
    [11] 许辰宇, 靳华伟, 闫方正. 基于动态面的AUV水平面轨迹跟踪滑模控制[J]. 菏泽学院学报, 2023, 45(5): 50-58.

    XU Y C, JIN H W, YAN F Z. Sliding Mode Control for Horizontal Trajectory Tracking of AUV Based on Dynamic Surface[J]. Journal of Heze University, 2023, 45(5): 50-58.
    [12] 李相衡, 闫昭琨, 楼建坤, 等. 海流扰动下ROV自适应神经网络控制[J]. 水下无人系统学报, 2025, 33(1): 37-45.

    LI X H, YAN Z K, LOU J K, et al. Adaptive neural network control of ROVs under ocean current disturbance[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2025, 33(1): 37-45.
    [13] 闫方正, 靳华伟. 输入饱和下的AUV水平面轨迹跟踪滑模控制[J]. 黑龙江工业学院学报(综合版), 2023, 23(7): 91-98.

    YAN F Z, JIN H W. Sliding Mode Control of Horizontal Trajectory Tracking of AUV Under Input Saturation[J]. Journal of Heilongjiang University of Technology(Comprehensive Edition), 2023, 23(7): 91-98.
    [14] YAN Z P, YU H M, ZHANG W, et al. Globally finite-time stable tracking control of underactuated UUVs[J]. Ocean Engineering, 2015, 107: 132-146. doi: 10.1016/j.oceaneng.2015.07.039
  • 加载中
图(10) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  14
  • HTML全文浏览量:  9
  • PDF下载量:  3
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2025-06-04
  • 修回日期:  2025-07-05
  • 录用日期:  2025-07-22
  • 网络出版日期:  2025-11-24

目录

    /

    返回文章
    返回
    服务号
    订阅号