9、基于线性参数变化方法的双体无人水面艇解耦控制

基于线性参数变化方法的双体无人水面艇解耦控制

1. 引言

地球表面三分之二被海洋覆盖，因此水上交通工具的发展越来越受关注。过去几十年，无人海上航行器（UMV）相关研究不断发展，包括无人水面艇（USV）和无人水下航行器（UUV）。随着全球定位系统变得更紧凑，无人水面艇在执行复杂任务中越来越受欢迎，其应用包括扫雷、近岸环境监测等。

由于交叉耦合动力学和水动力的存在，为无人海上航行器设计高效控制系统通常具有挑战性。对于具有显著非线性行为和较大参数不确定性的系统，仅使用鲁棒控制技术（如 H∞ 控制）可能不足以在参数变化的整个范围内实现良好性能。在这种情况下，一种保证鲁棒性和性能的方法是依靠线性参数变化（LPV）多面体模型和 H∞ 控制。

本文旨在通过解耦控制方法扩展 EDSON - J 模型的 LPV 控制器设计，设计两个独立的控制器分别用于横向和纵向运动，以保证性能和鲁棒性，且这些控制器易于在低成本嵌入式系统中实现。

2. EDSON - J 架构

EDSON - J 是 2019 年在秘鲁阿雷基帕圣奥古斯丁大学开发的双体无人水面艇，用于在阿雷基帕太平洋沿海和泻湖进行检查和监测任务。以下是其主要机械规格：
| 参数 | 值 |
| ---- | ---- |
| 长度 | 3.00 m |
| 宽度 | 1.60 m |
| 质量 | 250 kg |
| 有效载荷 | 100 kg |
| 船体宽度 | 0.30 m |
| 吃水深度 | 0.20 m |
| 转动惯量 | 201.1 kg/m² |
| 质心位置 | 0.11 m |