基于预测控制的水下自航器抗海浪变深控制分析

摘要

水下自主航行器在近水面航行中存在着深度跟踪和姿态控制较为困难的问题。为此,首先建立了自主航行器的近水面三自由度运动数学模型,然后设计了无迹卡尔曼滤波器实现对系统状态的估计;接着,利用斯特林内插法在变动的工作点处对自主航行器模型进行近似线性化,并根据线性化后的模型设计预测控制器,实现自主航行器的变深运动控制。经过仿真试验,验证了滤波器对自主航行器近水面运动状态估计的准确性以及预测控制器在抗海浪扰动上的控制效果。仿真结果表明,带有无迹卡尔曼滤波器的预测控制器可以快速、准确地实现自主航行器的深度跟踪控制与姿态控制,且具有响应速度快,对外部扰动鲁棒性强的特点。