控制算法-海洋智能无人系统技术

S面控制是一种构造控制器的非线性函数方法，在哈尔滨工程大学AUV运动控制的海上试验中已得到了有效验证。S面的非线性函数表示为

其中，e，是控制输入，它们分别表示归一化误差和误差的变化率；u是每个自由度的归一化输出；k1，k2是分别对应于控制输入e和的控制参数，只需要对其进行调整即可满足不同的控制要求。

图10.3　电容板模型

根据海上试验的经验，可以手动调节控制参数k1，k2以满足基本的控制要求，但是，无论k1，k2的组合如何，它们都只能起到全局调节的作用，而不改变控制结构。本节介绍一种基于电容模型的改进S面控制算法，每对极板分别对控制变量e，进行限制，可以根据合理的物理意义提供灵活的增益选择。

由图10.3的电容板模型可以看出，电容中电场驱动的带电粒子的运动与受控航行器从电流点（e，）到期望点的运动一致，其中具有电压的电容板用作控制器，并且电场平衡点是航行器应该达到的期望位置。由于在控制变量e和上对两对电容器极板的约束，模型的输出可表示为

其中，L1和L2分别从航行器当前位置到每个电容器板的水平距离，并且约束函数F（*，*）被定义为L1、L2的双曲函数：

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约束函数F（*，*）反映了当移动到电容极板的航行器的位置离（e，）越近，电场越强。当U0=1时，电容板模型的输出为

其中，e0为极板与电容场平衡点之间的距离。

一种基于电容板模型的改进S面控制器为

其中，fi是每个自由度的控制器的输出推力，==Ki是第i个自由度的最大推力，因此控制输出可以减小到：

电容模型的S面控制可以为L1、L2提供具有不同形式约束函数的灵活增益选择，以满足不同阶段控制过程的不同控制要求。