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基于有限時(shí)間擴張狀態(tài)觀(guān)測器的水下機器人精準跟蹤控制系統設計
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Design of precise tracking control system for underwater vehicle based on finite time extended State observer
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    摘要:

    水下機器人在運動(dòng)過(guò)程中極易受到水環(huán)境因素的干擾發(fā)生運動(dòng)偏移,為了保證水下機器人的精準、穩定航行,利用有限時(shí)間擴張狀態(tài)觀(guān)測器優(yōu)化設計水下機器人精準跟蹤控制系統。設計有限時(shí)間擴張狀態(tài)觀(guān)測器、水下機器人傳感器、跟蹤控制器和推進(jìn)器,強化硬件系統的密封防水設計強度,完成系統硬件設計。根據水下航行任務(wù),規劃機器人的航行軌跡,作為系統控制目標。求解機器人位置、姿態(tài)角、速度等運動(dòng)參數,得出水下機器人的跟蹤結果。利用有限時(shí)間擴張狀態(tài)觀(guān)測器檢測航行環(huán)境參數,結合當前機器人狀態(tài)的跟蹤結果,計算機器人運動(dòng)控制量,在硬件系統的支持下,完成系統的精準跟蹤控制功能。通過(guò)系統測試實(shí)驗得出結論,靜力水環(huán)境場(chǎng)景下水下機器人的平均位置跟蹤誤差為14m、平均角度控制誤差為0.10°,航行速度控制誤差為0.5m/s;動(dòng)力水環(huán)境場(chǎng)景下水下機器人的平均位置跟蹤誤差為15m、平均角度控制誤差為0.10°、航行速度控制誤差為0.5m/s。

    Abstract:

    In order to ensure the accurate and stable navigation of the underwater vehicle, the precision tracking control system of the underwater vehicle is optimized by using the finite time expansion State observer. Design finite time expansion State observer, underwater robot sensor, tracking controller and propeller, strengthen the sealing and waterproof design strength of the hardware system, and complete the hardware design of the system. Based on underwater navigation tasks, plan the navigation trajectory of the robot as the system control target. Solve the motion parameters such as robot position, attitude angle, and speed to obtain the tracking results of the underwater robot. The finite time extended State observer is used to detect the navigation environment parameters, combine the tracking results of the current robot state, calculate the robot motion control quantity, and complete the precise tracking control function of the system with the support of the hardware system. Through system testing experiments, it is concluded that the average position tracking error of the underwater robot in the static water environment scenario is 14m, the average angle control error is 0.10 °, and the navigation speed control error is 0.5m/s; The average position tracking error of the underwater robot in the dynamic water environment scenario is 15m, the average angle control error is 0.10 °, and the navigation speed control error is 0.5m/s.

    參考文獻
    相似文獻
    引證文獻
引用本文

王坤.基于有限時(shí)間擴張狀態(tài)觀(guān)測器的水下機器人精準跟蹤控制系統設計計算機測量與控制[J].,2024,32(9):149-156.

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歷史
  • 收稿日期:2023-08-04
  • 最后修改日期:2023-09-14
  • 錄用日期:2023-09-19
  • 在線(xiàn)發(fā)布日期: 2024-10-08
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