31、自主水下航行器与永磁同步电机控制技术解析

自主水下航行器与永磁同步电机控制技术解析

1. 自主水下航行器（AUV）俯仰通道轨迹跟踪控制

1.1 控制策略概述

在AUV的控制中，为解决轨迹跟踪控制问题，采用了将线性扩展状态观测器（ESO）与滑模控制（SMC）相结合的方法。线性ESO用于实时估计俯仰通道动力学的集中扰动，基于估计状态使用SMC设计了鲁棒的轨迹跟踪控制律。该控制律能在已知和未知俯仰通道动力学的集中扰动下，提供更好的闭环稳定性和性能，还能最小化抖振效应，增强SMC的抗干扰能力。

1.2 仿真设置

• 仿真工具 ：使用MATLAB/Simulink（R2021a）进行所有仿真工作。
• 运动参数 ：ODRA - I AUV的运动参数和俯仰通道运动参数参考相关资料。
• 跟踪信号与扰动 ：俯仰角跟踪信号选择为sin(t)，作用于通道的集中扰动d(t)考虑为1.5 * sin(t - π/2)。
• 初始状态 ：车辆初始状态[θ(0), q(0)]T = [0, 0]T，观测器初始状态[ˆθ(0), ˆq(0)]T = [0, 0]T。
• 设计参数 ：
  • ESO：α2 = 6，α1 = 11，α0 = 6，ϵ = 0.1。
  • SMC：c1 = 1，ϵ0 = 0.01。
  • PD控制：Kp = 0.1，Kd = 0.05。