陳路偉　謝志強(qiáng)

摘 要： 針對(duì)AUV航行環(huán)境復(fù)雜、模型參數(shù)攝動(dòng)大、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的飽和非線性等特點(diǎn)，采用灰色預(yù)測(cè)算法改進(jìn)傳統(tǒng)的AUV PID橫滾姿態(tài)控制器，設(shè)計(jì)了灰色PID控制算法，以達(dá)到抑制和消除橫滾的目的。仿真結(jié)果表明，灰色預(yù)測(cè)PID算法操舵平滑，控制速度快，魯棒性和環(huán)境適應(yīng)能力更好，完全能勝任AUV橫滾姿態(tài)控制的要求。

關(guān)鍵詞： 水下航行器； 橫向滾動(dòng)控制； 灰色PID控制； 姿態(tài)控制

中圖分類號(hào)： TN108+.4?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）01?0100?03

Abstract： According to the characteristics of navigation environment complexity， model parameter perturbation， execution mechanism nonlinear saturation of autonomous underwater vehicle （AUV）， the traditional AUV PID roll attitude controller was improved by means of grey prediction algorithm， and a grey PID control algorithm was designed to inhibit and eliminate AUV roll. The simulation results show that the grey prediction PID algorithm has smooth steering control， fast speed control， better robustness and adaptive capacity to the environment. it is fully qualified to AUV roll attitude control.

Keywords： underwater vehicle； roll control； gray PID control； attitude control

0 引 言

PID控制因其算法簡(jiǎn)單、魯棒性好、可靠性高而在AUV的控制中獲得了廣泛的應(yīng)用[1]。但隨著現(xiàn)代海戰(zhàn)對(duì)水下航行器的操縱性能的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的PID控制方法越來(lái)越難以完成復(fù)雜的任務(wù)。針對(duì)這種情況，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者將非線性魯棒控制、自適應(yīng)控制、模糊控制等現(xiàn)代控制理論與技術(shù)應(yīng)用于AUV的姿態(tài)控制上，在AUV姿態(tài)控制方法的研究上取得了一定的進(jìn)展[2?5]。但在實(shí)際中很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，有些控制方法本身具有運(yùn)算量大、實(shí)時(shí)性差的不足，加之一些非線性因素和不確定因素的影響，給實(shí)時(shí)控制帶來(lái)了困難。

灰色系統(tǒng)理論是處理不確定量的一種有效途徑。它需要的信息少，通用性好，計(jì)算方便[6]。采用灰色系統(tǒng)的方法，對(duì)于不確定部分建立灰色模型，利用它來(lái)使控制系統(tǒng)中的灰量得到一定程度的白化，以提高控制質(zhì)量極其魯棒性。本文以AUV橫滾控制為例，利用灰色系統(tǒng)理論對(duì)橫滾控制中的不確定部分建立灰色模型，對(duì)其PID控制進(jìn)行一定的補(bǔ)償，以提高其控制品質(zhì)，探索灰色PID控制在水下航行器控制中的應(yīng)用方法。

1 水下航行器橫滾姿態(tài)控制模型

4 結(jié) 論

仿真發(fā)現(xiàn)，對(duì)于具有不確定干擾的AUV橫滾控制系統(tǒng)，如果只采用傳統(tǒng)的PID來(lái)控制航向，控制效果不太理想，而采用PID控制算法則能獲得較好的控制效果，這主要?dú)w結(jié)于其采用了灰色預(yù)估補(bǔ)償原理，控制系統(tǒng)能夠具有良好的控制品質(zhì)和魯棒性。仿真結(jié)果也說(shuō)明采用灰色預(yù)測(cè)算法的PID控制相比傳統(tǒng)PID算法更適合水下航行器橫滾控制，在水下航行器控制中應(yīng)用灰色預(yù)測(cè)算法是切實(shí)可行的。

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