基于Lyapunov的欠驱动水下机器人轨迹跟踪控制器设计

资 源 简 介

基于Lyapunov的欠驱动水下机器人轨迹跟踪控制器设计

详 情 说 明

欠驱动水下机器人因其推进器数量少于自由度而具有独特的控制挑战。基于Lyapunov稳定性理论设计的轨迹跟踪控制器，能够有效解决这类系统的控制问题。

核心思路是通过构造合适的Lyapunov函数来保证系统稳定性。首先需要建立水下机器人的动力学模型，考虑流体动力学效应和欠驱动特性。针对轨迹跟踪问题，设计虚拟控制量作为中间变量，将位置误差和速度误差纳入统一的Lyapunov函数框架。

控制律的设计遵循Lyapunov直接法，通过确保Lyapunov函数导数负定来实现渐进稳定。对于欠驱动约束，通常采用级联控制结构，将系统分解为完全驱动和欠驱动子系统分别处理。最终通过参数调谐确保整个系统的全局稳定性。

这种方法能够保证跟踪误差在有限时间内收敛，同时具有抗干扰能力强的特点。实际应用中还需考虑执行器饱和、模型不确定性等因素，可以通过自适应或鲁棒控制技术进行增强。