2、自主水下航行器（AUV）跟踪与编队控制方法综述

自主水下航行器（AUV）跟踪与编队控制方法综述

1. 单AUV持续跟踪控制

单AUV的持续跟踪控制器主要分为以下五种类型：
- 比例积分微分（PID）控制器
- 模糊控制器
- 自适应控制器
- 滑模控制器
- 神经网络控制器

1.1 PID跟踪控制器

PID控制因其简单、易实现和优越的性能而备受关注。线性PID控制器由比例元件P、积分元件I和微分元件D组成。设 $\eta$ 为惯性参考系中的位置向量，$\eta_d$ 为期望轨迹，跟踪误差定义为：
$e(t) = \eta_d(t) - \eta(t)$ (1.20)

PID控制器计算跟踪误差 $e(t)$，并根据比例、积分和微分元件生成校正，以随时间最小化误差。PID控制方案是各元件的线性组合，可表示为：
$\tau(t) = k_Pe(t) + k_I\int_{0}^{t}e(\varsigma)d\varsigma + k_D\frac{de(t)}{dt}$ (1.21)

其中，$\tau$ 是作用在车辆上的扭矩力，$k_P > 0$、$k_I > 0$ 和 $k_D > 0$ 分别表示比例、积分和微分参数。

P元件、I元件和D元件分别对应当前误差、历史累积误差和误差的未来趋势。控制系数 $k_P$、$k_I$ 和 $k_D$ 对系统性能有很大影响。然而，在传统PID控制器中，这些参数的调整依赖个人经验，线性固定增益PID控制器可能无法提供令人满意的性能。为解决这些问题，人们提出了多种改进方法，如添加扇形有界增益函数和非线性跟踪微分器、采用粒子群优化算法调整PID系数、