طراحی کنترل کنندۀ تناسبی- مشتقی برای پایدارسازی زمان محدود شناور زیردریایی خودگردان با شش درجۀ آزادی با ورودی غیرخطی ناحیۀ مرده، نامعینی و نویز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی برق، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی برق، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

یکی از عوامل مهم به منظور پایدارسازی شناورهای زیردریایی خودگردان در نظر گرفتن غیرخطی­گری بالای محیط اطراف این سیستم­ها می­باشد. در این مقاله، ابتدا پایداری سراسری زمان محدود شناور زیردریایی خودگردان با شش درجۀ آزادی بدون ورودی غیرخطی بر اساس کنترل­کنندۀ زمان محدود تناسبی – مشتقی، ارائه شده است.کنترل­کنندۀ مدنظر ساده­تر بوده و با مدل­سازی پارامترها سروکار نداشته بنابراین به­سهولت قابل اعمال می­باشد. پایداری سیستم با روش مستقیم لیاپانوف، اصل تغییرناپذیری لاسال و روش همگن هندسی، تضمین شده است. در ادامه پایداری سراسری زمان محدود شناور زیردریایی با ورودی غیرخطی ناحیۀ مرده،نامعینی و اثرات ناشی از نویز با استفاده از روش مستقیم لیاپانوف و لم پایداری زمان محدود به اثبات رسیده است. تحلیل­های نظری پایداری زمان محدود حالات شناور زیردریایی خودگردان را نشان می­دهند و نتایج تحلیل­ها توسط شبیه­سازی تائید شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Rezazadegan, F., et al., A novel approach to 6-DOF adaptive trajectory tracking control of an AUV in the presence of parameter uncertainties. Ocean Engineering, 2015. 107: p.p 246-258.
[2] Tang, S.C., Modeling and simulation of the autonomous underwater vehicle, Autolycus, 1999, Massachusetts Institute of Technology.
[3] Liu, S., Y. Liu, and N. Wang, Nonlinear disturbance observer-based backstepping finite-time sliding mode tracking control of underwater vehicles with system uncertainties and external disturbances. Nonlinear Dynamics: p.p 1-12.
[4] Ge, Z., et al. Modeling and diving control of a vector propulsion AUV. in Robotics and Biomimetics (ROBIO), 2016 IEEE International Conference on. 2016. IEEE.
[5] Shen, Y., et al., Diving control of Autonomous Underwater Vehicle based on improved active disturbance rejection control approach. Neurocomputing, 2016. 173: p.p 1377-1385.
[6] Cui, R., X. Zhang, and D. Cui, Adaptive sliding-mode attitude control for autonomous underwater vehicles with input nonlinearities. Ocean Engineering, 2016. 123: p.p 45-54.
[7] Khodayari, M.H. and S. Balochian, Modeling and control of autonomous underwater vehicle (AUV) in heading and depth attitude via self-adaptive fuzzy PID controller. Journal of Marine Science and Technology, 2015. 20(3): p.p 559-578.
[8] Mirzaei, M., F. Abdollahi, and N. Meskin. Global stabilization of autonomous underactuated underwater
vehicles in 3D space. in Advanced Intelligent Mechatronics (AIM), 2016 IEEE International Conference on. 2016. IEEE.
[9] Niu, H. and Z. Geng. Stabilization of an underactuated AUV with physical damping on SE (3) via SIDA method. in Control Conference (CCC), 2016 35th Chinese. 2016. IEEE.
[10] Cui, R., et al., Adaptive neural network control of AUVs with control input nonlinearities using reinforcement learning. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems, 2017.
[11] Yao, X., G. Yang, and Y. Peng, Nonlinear Reduced-Order Observer-Based Predictive Control for Diving of an Autonomous Underwater Vehicle. Discrete Dynamics in Nature and Society, 2017.
[12] Yu, C., et al., Nonlinear guidance and fuzzy control for three-dimensional path following of an underactuated autonomous underwater vehicle. Ocean Engineering, 2017. 146: p.p 457-467.
[13] Londhe, P., et al., Robust task-space control of an autonomous underwater vehicle-manipulator system by PID-like fuzzy control scheme with disturbance estimator. Ocean Engineering, 2017. 139: p.p 1-13.
[14]Shojaei, K., Neural network formation control of underactuated autonomous underwater vehicles with saturating actuators. Neurocomputing, 2016. 194: p.p 372-384.
[15] Kim, J., et al., Time-delay controller design for position control of autonomous underwater vehicle under disturbances. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2016. 63(2): p.p 1052-1061.
[16] Su, Y. and C. Zheng, Simple nonlinear proportional-derivative control for global finite-time stabilization of spacecraft. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2014. 38(1): p.p 173-178.
[17] Hong, Y., Y. Xu, and J. Huang, Finite-time control for robot manipulators. Systems & control letters, 2002. 46(4): p.p 243-253.
[18] Wang, S., et al. Nonlinear path following of autonomous underwater vehicle considering uncertainty. in Underwater Technology (UT), 2017 IEEE. 2017. IEEE.
[19] Aghababa, M.P., Adaptive control for electromechanical systems considering dead-zone phenomenon. Nonlinear Dynamics, 2014. 75(1-2): p.p 157-174.
[20] Spangelo, I. and O. Egeland. Generation of energy-optimal trajectories for an autonomous underwater vehicle. in Robotics and Automation, 1992. Proceedings., 1992 IEEE International Conference on. 1992. IEEE.
[21] Fossen, T.I., Handbook of marine craft hydrodynamics and motion control: John Wiley & Sons. 2011.