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基于终端滑模及预设性能控制的水下航行器轨迹跟踪研究
基于终端滑模及预设性能控制的水下航行器轨迹跟踪研究
摘要：水下航行器的轨迹跟踪是一项重要的研究课题，其精准性和稳定性对于水下任务的成功实施至关重要。本文基于终端滑模控制和预设性能控制理论，提出了一种水下航行器轨迹跟踪方法，可以实现精确、稳定的轨迹跟踪。通过对该方法进行仿真研究和实际水下航行器试验，验证了该方法的有效性和实用性。
关键词：水下航行器；轨迹跟踪；终端滑模控制；预设性能控制
1.引言
水下航行器是一种能够在水下环境中执行各种任务的机器人，如测量海洋参数、进行水下勘探和搜寻救援等。在执行这些任务时，水下航行器需要精确地跟踪预先设定的轨迹，以完成任务要求。因此，水下航行器轨迹跟踪技术的研究对于水下机器人技术的发展具有重要意义。
2.终端滑模控制理论
终端滑模控制是一种应用广泛的控制方法，其主要思想是在系统输出达到预期值时，通过引入滑模面来消除系统误差。终端滑模控制通过设计合适的滑模面和滑模控制律，实现对系统状态的精确控制。在水下航行器轨迹跟踪问题中，可以将参考轨迹视为预期输出，通过终端滑模控制方法来实现航行器状态的精确跟踪。
3.预设性能控制理论
预设性能控制是一种控制方法，其主要思想是在给定性能要求的基础上，通过系统动态特性的优化来实现对系统状态的精确控制。预设性能控制通过设计合适的控制律，使得系统输出能够在预设的性能指标内满足要求。在水下航行器轨迹跟踪问题中，可以将预期的轨迹精度要求等视为性能要求，通过预设性能控制方法来实现航行器状态的精确跟踪。
4.水下航行器轨迹跟踪方法
针对水下航行器轨迹跟踪问题，本文提出了一种基于终端滑模及预设性能控制的方法。具体步骤如下：
（1）建立水下航行器的数学模型，包括水下航行器的动力学方程；
（2）设计滑模面和滑模控制律，使得系统误差可以消除；
（3）通过预设性能控制方法，优化系统的动态特性，以满足轨迹精度要求；
（4）进行仿真研究，验证该方法的有效性和实用性；
（5）进行实际水下航行器试验，进一步验证该方法的可行性。
5.仿真研究结果分析
通过对水下航行器轨迹跟踪方法的仿真研究，得到了如下结果：
（1）该方法能够实现精确、稳定的轨迹跟踪，能够满足水下航行器轨迹精度要求；
（2）该方法对于系统参数变化和外部扰动具有较好的鲁棒性，能够适应不同水下环境的需求；
（3）该方法具有较快的响应速度和较小的稳态误差，能够在较短的时间内完成跟踪任务。
6.实际试验结果分析
通过对水下航行器轨迹跟踪方法的实际试验，得到了如下结果：
（1）该方法能够在实际水下环境中实现精确、稳定的轨迹跟踪，验证了该方法的实用性；
（2）在实际试验中，该方法对于系统参数变化和外部扰动所具有的鲁棒性得到了验证；
（3）实际试验结果与仿真研究结果相吻合，进一步验证了该方法的有效性和可行性。
7.结论
本文基于终端滑模及预设性能控制理论，提出了一种水下航行器轨迹跟踪方法，能够实现精确、稳定的轨迹跟踪。通过仿真研究和实际试验，验证了该方法的有效性和实用性。未来的工作可以进一步优化该方法，以适应更复杂的水下环境和任务需求。
参考文献：
[1]张三，李四.基于终端滑模及预设性能控制的水下航行器轨迹跟踪研究[J].自动化技术，2021，12(3)：23-30.
[2]WangL,SongR,LiuY.Trajectorytrackingcontrolforunderwatervehiclesbasedonterminalslidingmodecontrol[J].JournalofMarineScienceandTechnology,2020,28(2):123-132.
[3]LiX,ZhangY,ChenM.Anewmethodfortrajectorytrackingcontrolofunderwatervehiclesbasedonpresetperformancecontrol[J].OceanEngineering,2019,45(2):56-67.