基于时空梯度耦合虚拟目标的欠驱动AUV航迹控制研究

项目名称： 基于时空梯度耦合虚拟目标的欠驱动AUV航迹控制研究

项目编号： No.51209100

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 水利工程

项目作者： 向先波

作者单位： 华中科技大学

项目金额： 25万元

中文摘要： 智能水下机器人是海洋探测和资源开发的重要工具，航迹控制是其关键技术之一，也是水下机器人能否顺利完成各种作业任务的前提，而欠驱动水下机器人的本质非线性和二阶非完整特性使其控制设计更具挑战性。传统的轨迹跟踪控制受到时间域的限制，容易导致驱动器饱和以及产生非平滑的收敛轨迹；而空间域上的路径跟随控制又难以满足时间紧迫任务的要求。本项目拟通过引入非奇异的协作式虚拟运动目标，基于耗散理论、反演设计等非线性控制技术，以梯度最优的方式在时空域融合路径跟随和轨迹跟踪的优点，实现机器人在航迹空间域上的平滑收敛，同时保证系统在时域上的性能指标。通过采用鲁棒自适应技术对未知海流的上界进行在线自适应估计，并结合Lyapunov合成技术，保证机器人闭环控制系统的鲁棒性和稳定性。最后，分别通过半实物仿真、水池和开放水域试验，对所提出的基于时空梯度耦合虚拟目标的欠驱动水下机器人航迹控制算法进行验证和性能评估。

中文关键词： 欠驱动水下机器人；航迹控制；虚拟目标；非线性控制；半实物仿真

英文摘要： Autonomous Underwater Vehicle (AUV) is the important tool for undersea exploration and exploitation. Path tracking control is one of the key techniques which guarantee the successful implementation of various underwater operations and missions. However, t

英文关键词： Underactuated AUV；Path tracking；Virtual traget；Nonlinear Control；Hardware-in-loop simulation