水下潛器姿態角的分數階 PID 控制研究

趙 健，白春江，章文俊

(大連海事大學 航海學院， 遼寧 大連 116026)

水下潛器姿態角的分數階 PID 控制研究

趙 健，白春江，章文俊

(大連海事大學 航海學院， 遼寧 大連 116026)

針對水下潛器縱向姿態角控制的穩定性問題，對水下潛器的姿態角控制系統設計一種分數階 PID 控制器。在控制器設計過程中，引入時間誤差絕對值（ITAE）準則，ITAE 準則的引入可快速獲得分數階 PID 的優化參數，設計優化分數階 PID 控制器。最后，以水下潛器的傳遞函數為仿真對象，分別采用分數階 PID 控制器和常規PID 控制器進行仿真研究。通過控制性能比較發現，本文所提出的分數階 PID 控制器的控制效果明顯優于常規 PID控制器，且分數階 PID 控制器具有更強的魯棒性。

水下潛器；分數階 PID 控制；魯棒性

0 引 言

船舶運動自動控制可大體概括為以下 5 類情況[1]：1）大洋航行自動導航；2）港區航行及自動靠離泊；3）擁擠水道航行或大洋航行自動避碰；4）船舶減搖控制；5）無人航海載運工具控制。其中的第 5 類控制問題，恰好體現了船舶運動控制發展的新趨勢[2]。自主式水下潛器（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）的控制問題正屬于其中的第 5 類控制情況。

人的潛水深度有限，而且水下環境也較為惡劣，自主式水下潛器因為具有智能化、安全、活動范圍大、機動性好等方面的優點，目前已經發展成為了開發海洋與代替潛水員進行各種水下作業工作的重要工具。如在民用生產生活中，可用于深海石油勘測、航道排障、海底施工、港口作業、深海沉船考察、海上救助打撈及鉆井平臺水下結構檢修等；……