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参数摄动下基于积分滑模的欠驱动UUV轨迹跟踪控制方法
引言
欠驱动无人水下机器人（UUV）是一种复杂的动态系统，其非线性、时变的参数和外部扰动会导致控制难度较大。因此，如何实现UUV的精确轨迹跟踪一直是水下机器人控制领域的研究重点。积分滑模控制是一种重要的控制方法，由于其具有优异的鲁棒性和适应性，在UUV轨迹跟踪控制领域应用广泛。本文旨在介绍参数摄动下基于积分滑模的欠驱动UUV轨迹跟踪控制方法。
方法概述
欠驱动UUV通常被视为一个牵引力矢量的非完整系统。由于牵引力和车身姿态之间存在复杂的相互作用，因此，在实际应用中很难实现完整的控制。为此，本文采用积分滑模控制策略，将牵引力角速度和车身姿态的角速度作为控制输入，对UUV进行轨迹跟踪控制。因此，本文的主要工作包括以下两个方面：
一、基于非线性控制理论集成UUV的数学建模。
对UUV进行建模，获取其动态方程和非完整约束方程。其中，设定在三维空间中的参考轨迹曲线，通过选择一个适当的机体固定坐标系，将参考轨迹转换到车身坐标系中。根据坐标系的参照系，得到车体的姿态、角速度和角加速度的描述。将车辆模型具体化为四个控制自由度，并采用牵引力角速度和车体扭转角速度作为控制变量。
二、设计滑模控制器，并改进该滑模控制器以消除参数摄动干扰。
基于积分滑模控制思路，设计控制器，以滑模面为目标，采用离散滑模变量规划器计算系统的控制输入，从而实现车辆的稳定跟踪。在此基础上，通过控制策略改进了传统滑模控制器，以消除参数摄动的干扰。采用非线性反馈的方式来拟合取消参数摄动，从而实现UUV精确轨迹跟踪控制。
实验结果
为了验证文中所提出的方法的有效性和实用性，利用MATLAB/Simulink进行了实验仿真。在仿真环境中，设置了固定轨迹点，以便计算参考轨迹，表明UUV能够完成平滑精确的轨迹跟踪。开展仿真实验，对比了不断改进的控制方法与相应的传统滑模控制方法，结果表明摄动抑制滑模控制器在参数摄动下其性能具有壁垒和鲁棒性。
总结
本文针对欠驱动UUV不同参数摄动下轨迹跟踪控制问题，提出了一种基于积分滑模的改进控制策略。通过对非线性UUV进行建模，并采用滑模控制原理，设计了一种能够适应不同参数干扰的滑模控制器。仿真结果表明，采用改进控制器的欠驱动UUV具有稳定性、跟踪性和鲁棒性，能够在不同参数干扰干扰下实现平滑、精确的轨迹跟踪。因此，本文提出的方法具有高鲁棒性和可行性，对于实际UUV轨迹跟踪控制具有重要的意义和价值。