传统AUV多使用舵片来控制AUV的运动方向,其控制方法简单,易建模[1]。但是AUV在低速下转向效果很差。越来越多的AUV开始使用矢量推进系统[2]。矢量推进系统能使AUV在低速下具有较好的灵活性,但是其主推喷口方向变化会由于舵机互相间的耦合关系而增加了控制的难度也减小了控制的精度[3]。本文采用了交叉耦合控制来削弱方向舵机之间的耦合关系,从而提高了AUV的运动控制精度。
本文使用的CCC控制器如图1所示。根据目标点处曲率圆来估计轮廓误差,交叉耦合增益实时变化,将线性轮廓误差模型拓展至任意轮廓,补偿器采用了PID调节参数,PID参数多需要人工调节[4]。图1中显示了本文中使用的CCC系统工作原理:将矢量推进系统方向舵机的位置误差实时引入到系统中,在各方向舵机调节误差时不仅根据自身位置误差,还需根据另一舵机(本次仿真假设有两个舵机)误差,将两误差通过CCC控制器,利用其耦合关系产生的增益关系来将自身误差与另一舵机误差相加,然后进行补偿。从而使主推电机喷口运动方向轮廓误差减小,提高AUV运动精度。
本次仿真采用Simulink进行建模,主要包括电机模型,CCC控制器模型,耦合补偿器模型。本次仿真将交叉耦合控制模型与一般矢量模型进行比较,加入相同干扰,进行验证。经过仿真,得到结果如图2所示。图2中左一图为理想轨迹,左二为一般矢量模型运动轨迹,左三为CCC矢量模型运动轨迹。从上图可以看出,使用CCC控制器会使运动轨迹的轮廓误差有明显改善。
本文以AUV矢量推进系统为研究对象,建立了基于CCC控制的仿真模型,从仿真结果可以看出使用CCC对于矢量推进系统的轮廓误差有明显减小作用,从而提高了矢量推进系统的控制精度。但是对于大曲率运动时改善效果不是很明显。下一步工作是将改进型CCC进入到矢量推进系统中进行验证。
摘要：矢量推进系统在自主式水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)上的应用提高了灵活性,但矢量推进系统中转向电机存在耦合效应。本文将交叉耦合控制(Cross-coupling Control,CCC)运用到了AUV的矢量推进系统中,对其进行了仿真测试,提高了矢量推进系统的运动精度。
关键词：AUV,矢量推进,耦合,交叉耦合控制
[1] 张耿,汪有为.基于交叉耦合控制的双轴轮廓加工系统设计研究[J].电气自动化,2018,40(04):95-98.
[2] 张万军,张峰,张景轩,张景怡,张景妍,苟小平.多轴联动的机床交叉耦合轮廓误差补偿技术[J].制造技术与机床,2018(06):154-159.
[3] 王建红,陈耀忠,陈桂,林健,戴正忠.基于交叉耦合控制的双电机同步控制系统研究[J].南京理工大学学报,2017,41(06):693.
[4] 丛爽,刘宜.多轴协调运动中的交叉耦合控制[J].机械设计与制造,2006(10):166-168.
推荐阅读：
交叉检查整改措施06-28
基于Matpower的电力系统潮流计算06-28
基于zigbee的课程设计06-15
基于主题的情感分析06-24
基于dm广告的研究06-01
基于struts的网上书店06-26
基于培养核心素养的初中化学教学策略06-06
