【欠驱动AUV】欠驱动自主水下航行器(AUV)的轨迹跟踪和路径跟随算法的不同分析方法进行仿真研究（Matlab代码、Simulink仿真）-洪萨配资

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或许，雨过云收，神驰的天地更清朗.......🔎🔎🔎

💥1 概述

欠驱动海洋航行器的轨迹跟踪与路径跟随

摘要——本文提出了一种欠驱动海洋航行器的通用路径轨迹跟踪与路径跟随控制策略。我们的工作受到地面车辆相关研究的启发和激励。特别是，我们将地面车辆中引入的“手位置点”概念扩展到自主水面航行器和自主水下航行器，并将其作为基于输入-输出反馈线性化方法的控制策略的输出。所提出的策略能够应对影响航行器的外部干扰，例如恒定且无旋的海洋流。通过李雅普诺夫分析，我们证明了闭环系统的外部动态是全局指数稳定的，内部动态的状态最终是有界的，这适用于轨迹跟踪和路径跟随控制问题。最后，我们通过仿真案例研究和实验结果验证了理论结果。
关键词——海洋航行器、非线性动态系统、稳定性分析、无人水下航行器、车辆动力学。

欠驱动自主水下航行器的水平轨迹跟踪控制——采用全局积分滑模控制

摘要：本文研究了欠驱动自主水下航行器（AUV）在参数扰动情况下的水平轨迹跟踪问题。所提出的轨迹跟踪控制器由两个子控制器组成：运动学控制器和动力学控制器。运动学控制器基于反步法设计，获得速度的虚拟控制输入。采用全局积分滑模控制（GISMC）设计动力学控制器以稳定速度误差，从而实现位置误差的稳定。利用李雅普诺夫稳定性定理确保整个闭环控制系统的稳定性。最后，一系列数值仿真结果验证了所提控制器的有效性和鲁棒性。
关键词：水平轨迹跟踪、欠驱动自主水下航行器、反步法、全局积分滑模控制、鲁棒性

1 引言
作为一种新兴的海洋自主作业平台，自主水下航行器（AUV）在海洋工程领域受到了广泛关注，并在近年来逐渐实现商业化应用 [1, 2]。精确的轨迹跟踪性能是海洋测绘、海洋资源勘探、军事应用等特殊水下任务的基本前提 [3-5]。在实际任务中，空间运动通常通过潜深控制和水平轨迹跟踪控制来实现。因此，本文研究了AUV的水平轨迹跟踪问题，而关于水面舰船的相关研究已有很多 [6-10]。在实际应用中，大多数AUV是欠驱动的，其水平运动的控制输入有限，这是其运动控制的难点 [11]。考虑到未建模动态和参数扰动，因此有必要为欠驱动AUV的轨迹跟踪控制设计一个鲁棒的跟踪控制器。

在以往的研究中，许多学者通常对欠驱动AUV的模型进行局部线性化，然后基于线性模型设计控制器。然而，这种方法无法保证系统的全局渐近稳定性。随着非线性控制理论的发展，许多智能控制算法被采用，例如滑模控制、神经网络控制、模糊控制、鲁棒自适应控制以及这些算法的各种组合控制 [3, 12-14]。

对于存在参数扰动的欠驱动AUV的轨迹跟踪控制问题，一些学者采用神经网络控制和模糊控制来设计控制器，并取得了许多良好的结果 [13, 15, 16]。鲁棒自适应控制器的设计在参数不确定性存在的情况下表现出优异的轨迹跟踪性能 [17, 18]。由于滑模控制对参数扰动的不敏感性，很好地解决了水动力系数的不确定性问题。在 [19] 中，基于改进的滑模控制方法开发了一种全局有限时间轨迹跟踪控制策略。在 [20] 中，从滑模控制方法中推导出三种轨迹跟踪控制器，并对其进行了详细比较。

本文设计了一种基于反步法和全局积分滑模控制（GISMC）的欠驱动AUV轨迹跟踪控制器。本文的其余部分安排如下：第2节介绍欠驱动AUV在水平面上的通用模型；第3节详细描述了轨迹跟踪的运动学控制器和动力学控制器的设计过程；稳定性分析和数值仿真结果分别在第4节和第5节中展示。此外，第6节对本文的工作进行了简要总结。

两篇详细文章见第4部分。

📚2 运行结果

部分代码：

function [ output ] = kinematic( input ) %KINEMATIC Kinematic equations of the model % Function takes vector of velocities of the vehicle in the body frame % [u; v; r], generated by the dynamic block and angle psi, generated by % itself in the previous iteration, as inputs and gives current % velocities in x, y axis, as well as angular velocity psi as an output. u=input(1); v=input(2); r=input(3); psi=input(4); x_dot=u*cos(psi)-v*sin(psi); y_dot=u*sin(psi)+v*cos(psi); psi_dot=r; output=[x_dot; y_dot; psi_dot]; end