基于LPV模型的水面机器人鲁棒航向控制

doi:10.16182/j.issn1004731x.joss.18-0043

系统仿真学报 ›› 2020, Vol. 32 ›› Issue (8): 1598-1605.doi: 10.16182/j.issn1004731x.joss.18-0043

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基于LPV模型的水面机器人鲁棒航向控制

熊俊峰^1,2, 何玉庆¹, 韩建达¹, 苑明哲^1,2

1.中国科学院沈阳自动化研究所,辽宁沈阳 110016;
2.广州中国科学院沈阳自动化研究所分所院士专家工作站,广东广州 511458

收稿日期:2018-01-22 修回日期:2018-06-28 出版日期:2020-08-18 发布日期:2020-08-13
作者简介:熊俊峰(1989-),男,湖北孝昌,博士,研究方向为水面机器人控制;何玉庆(1980-),男,河南卫辉,博士,研究员,研究方向为移动机器人建模、估计与控制。
基金资助:
广州市科技计划(201802020031)

Robust Heading Control of an Unmanned Surface Vehicle Based on LPV Model

Xiong Junfeng^1,2, He Yuqing¹, Han Jianda¹, Yuan Mingzhe^1,2

1. Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China;
2. Shenyang Institute of Automation (Guangzhou), Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 511458, China

Received:2018-01-22 Revised:2018-06-28 Online:2020-08-18 Published:2020-08-13

摘要/Abstract

摘要： 针对水面机器人水动力学的强非线性,且容易受到风、浪与水流干扰的影响,提出了一种基于LPV(Linear Parameter Varying)模型的H_∞鲁棒航向保持控制器。LPV模型采用Froude数作为线性变参,用来反映水面机器人水动力学随Froude数变化的非线性特性,同时简化模型参数辨识与控制器设计。将Froude数作为调度变量,采用介实引理设计了H_∞鲁棒航向保持控制器,用来抑制扰动对控制器的影响。在三自由度欠驱动水面机器人仿真平台上进行了验证,证明了控制器的有效性与鲁棒性。

关键词: 水面机器人, 水动力学建模, 线性变参系统, 扰动抑制, 航向保持控制

Abstract: Aiming at the strong nonlinearities of hydrodynamics, and the influences of wind, wave and current on USVs (Unmanned Surface Vehicles), an H_∞ robust yaw keeping controller based on LPV (Linear Parameter Varying) model is proposed. The LPV model uses the Froude number as the varying parameter, reflects the USV’s nonlinear hydrodynamics along with the Froude number, and simplifies the parameters identification and controller design. By using the Froude number as the scheduled parameter, an H_∞ robust yaw keeping controller is designed on the basis of bounded real lemmas to attenuate the disturbances. Simulations on a 3-DOF underactuated USV simulation platform verify the effectiveness and robustness of the proposed controller.

Key words: unmanned surface vehicle, hydrodynamic modeling, linear parameter varying system, disturbances attenuation, yaw keeping control

中图分类号:

TP273

熊俊峰, 何玉庆, 韩建达, 苑明哲. 基于LPV模型的水面机器人鲁棒航向控制[J]. 系统仿真学报, 2020, 32(8): 1598-1605.

Xiong Junfeng, He Yuqing, Han Jianda, Yuan Mingzhe. Robust Heading Control of an Unmanned Surface Vehicle Based on LPV Model[J]. Journal of System Simulation, 2020, 32(8): 1598-1605.

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基于LPV模型的水面机器人鲁棒航向控制

Robust Heading Control of an Unmanned Surface Vehicle Based on LPV Model

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