基于固定时间二阶滑模的ROV轨迹跟踪研究
董煜1武建国1,2,3王晓鸣2,3,4梁胜国2,3刘星辰2,3
1.河北工业大学机械工程学院2.天津瀚海蓝帆海洋科技有限公司3.天津市深远海智能移动勘测装备研发重点实验室4.天津科技大学机械工程学院
摘要：针对遥控水下机器人（ROV）在复杂海洋环境中面临的模型不确定性、强耦合特性及外界干扰问题，本研究提出一种基于固定时间扩张状态观测器（FESO）与二阶固定时间自适应多变量超螺旋滑模控制（SFAMSTSMC）的轨迹跟踪控制方法。通过设计FESO对系统集总扰动进行精确估计并实现前馈补偿，结合改进的自适应多变量超螺旋算法动态调整控制增益，在保证系统固定时间收敛性能的同时有效抑制控制抖振。基于Lyapunov稳定性理论，严格证明了闭环系统所有信号在固定时间内有界且轨迹跟踪误差能够收敛至零。仿真实验结果表眀，与传统PID控制和现有二阶滑模控制方法相比，所提出的FESO-SFAMSTSMC控制策略在控制精度、收敛速度和鲁棒性方面均表现出显著优势，同时有效避免了控制输入的抖振现象，为ROV在复杂海洋环境中的高精度轨迹跟踪控制提供了有效的解决方案，具有良好的工程应用价值。
关键词： ROV;固定时间控制;高阶滑模控制;超螺旋算法;轨迹跟踪;