CONTROL DE MODO DESLIZANTE DE TERMINAL NO SINGULAR ADAPTABLE PARA UN VEHÍCULO SUBMARINO NO TRIPULADO: EXPERIMENTOS EN TIEMPO REAL

CONTROL DE MODO DESLIZANTE DE TERMINAL NO SINGULAR ADAPTABLE PARA UN VEHÍCULO SUBMARINO NO TRIPULADO: EXPERIMENTOS EN TIEMPO REAL

Durante la ejecución de misiones submarinas, se espera que los vehículos submarinos realizar estas tareas de forma automatizada sin la interacción de un operador humano. Por lo tanto, UUV representa un amplio campo de estudio para muchos grupos de investigación. En todo el mundo, debido a las notables dificultades de modelado, como los términos altamente no lineales, además de dinámica acoplada, incertidumbres y perturbaciones externas en el UUV.

El control de UUV presenta desafíos clave asociados con dinámicas complejas, incertidumbres del sistema y perturbaciones ambientales.

DYNAMIC MODEL OF UNDERWATER VEHICLES

El modelo dinámico para un vehículo submarino implica dos marcos de coordenadas: un marco de referencia del cuerpo OB y un marco inercial OI.

Para este análisis, algunos de los principales efectos hidrodinámicos de este tipo de vehículos son considerado, además de considerar las fuerzas restauradoras como la gravedad y la flotabilidad. Considerando el SNAME notación para vehículos submarinos [39], el modelo dinámico en forma de matriz se escribe como [40]:

[pic 1]

[pic 2]

[pic 3]

[pic 4]

M es la matriz inercial, C (ν) define la matriz de Coriolis, D (ν) denota la matriz de amortiguación hidrodinámica, g (η) es el vector de las fuerzas hidrostáticas, ω es el vector de perturbación, τ = [X, Y, Z, K, M, N] T ∈ R6 × 1

representa el vector de fuerzas y momentos en el marco del cuerpo, J (η) es la transformación cinemática entre el cuerpo y el marco inercial, ν = [u, v, w, p, q, r] T ∈ R6 × 1 describe el velocidades lineales y angulares en el marco de la carrocería, η = [x, y, z, φ, θ, ψ] T ∈ R6 × 1 denota la posición y orientación del vehículo en el marco de inercia.

es mecánicamente estable en los ángulos de balanceo y cabeceo, es decir φ ≈ 0, θ ≈ 0

Para este vehículo, solo se tienen en cuenta los siguientes vectores de estado reducido: ν¯ = [u, v, w, r] ^ T y η¯ = [x, y, z, ψ] ^ T, del mismo modo

vector de fuerza reducida τ¯ = [X, Y, Z, N] ^ T

Para las ecuaciones dinámicas reducidas de 4 DOF, las matrices en el marco del cuerpo se definen como

[pic 5]

m, W y B denotan la masa, el peso y la flotabilidad del vehículo submarino, respectivamente. Izz denota el momento de inercia en el eje z y Nr, Nr | r | , ZW, Zw | w |, Yv, Yv | v |, Xu, Xu | u |, Xu˙, Yv˙, Zw˙ y Nr˙ son los parámetros hidrodinámicos debidos a la masa agregada y la forma del vehículo.

La transformación entre el cuerpo y los marcos de coordenadas inerciales está dada por

[pic 6]

[pic 7]

ADAPTIVE NON-SINGULAR SLIDING MODE CONTROL

se presenta la estrategia de control propuesta para el seguimiento de trayectoria de UUV. Se desarrolla un controlador de modo deslizante de terminal no singular, donde se introduce un mecanismo adaptativo para la ganancia del controlador. Asegura que los errores de seguimiento converjan a una región limitada en tiempo finito.

Definición 1: Suponga un sistema no lineal ˙ζ = f (ζ, u), donde ζ y u son el estado y la señal de control. La solución se define como Practical Finite-Time Stable (PFS) si es para todos ζ0, existen δ> 0 y T (δ, ζ0) tal que kζ (t) k <δ para todo t ≥ a + T. Vale la pena mencionar que PFS significa límite de tiempo finito.

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