基于扩张状态观测器和反步法的非线性超空泡航行体纵向控制 .pdf

控制理论与应用

第40卷第2期Vol.40No.2

2023年2月ControlTheoryApplicationsFeb.2023

基于扩张状态观测器和反步法的非线性超空泡航行体纵向控制

11,2,†111

秦华阳,陈增强,孙明玮,周瑜,孙青林

(1.南开大学人工智能学院,天津300350;2.天津市智能机器人重点实验室,天津300350)

摘要:考虑空泡记忆效应的超空泡航行体控制难度较大,主要体现在滑行力的强非线性、模型中的时延特性以及

运动中的未知扰动.对于此类多输入多输出的复杂非线性系统,利用传统反步法控制器设计思想,将其改进以适用

于超空泡航行体的纵向运动控制.为了对系统模型中存在的未知扰动进行观测补偿,本文设计了线性扩张状态观测

器(LESO),将扰动估计值与控制器设计相结合,使用Lyapunov方法分析系统稳定性.最后在不同条件下进行仿真,

结果验证了所设计的LESO估计未知扰动的准确性,以及所提控制方法对超空泡航行体纵向控制的有效性.

关键词:空泡记忆效应;超空泡航行体;非线性系统;反步控制;线性扩张状态观测器;Lyapunov分析

引用格式:秦华阳,陈增强,孙明玮,等.基于扩张状态观测器和反步法的非线性超空泡航行体纵向控制.控制理

论与应用,2023,40(2):373–380

DOI:10.7641/CTA.2022.20085

Longitudinalcontrolofnonlinearsupercavitatingvehiclebasedon

extendedstateobserverandbacksteppingmethod

11,2,†111

QINHua-yang,CHENZeng-qiang,SUNMing-wei,ZHOUYu,SUNQing-lin

(1.CollegeofArtificialIntelligence,NankaiUniversity,Tianjin300350,China;

2.KeyLaboratoryofIntelligentRoboticsofTianjin,Tianjin300350,China)

Abstract:Thecontrolofasupercavitatingvehicleconsideringthecavitationmemoryeffectisdifficult,whichismainly

reflectedinthestrongnonlinearityoftheplaningforce,time-delaypropertiesinmodelsandunknownperturbationsin

motion.Forthiskindofcomplexnonlinearsystemwithmultipleinputsandmultipleoutputs,thetraditionalbackstepping

controllerisimprovedtobesuitableforlongitudinalmotioncontrolofsupercavitationalvehicle.Inordertocompensate