灰色PID控制在AUV横滚控制中应用研究

陈路伟　谢志强

摘 要： 针对AUV航行环境复杂、模型参数摄动大、执行机构的饱和非线性等特点，采用灰色预测算法改进传统的AUV PID横滚姿态控制器，设计了灰色PID控制算法，以达到抑制和消除横滚的目的。仿真结果表明，灰色预测PID算法操舵平滑，控制速度快，鲁棒性和环境适应能力更好，完全能胜任AUV横滚姿态控制的要求。

关键词： 水下航行器； 横向滚动控制； 灰色PID控制； 姿态控制

中图分类号： TN108+.4?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）01?0100?03

Abstract： According to the characteristics of navigation environment complexity， model parameter perturbation， execution mechanism nonlinear saturation of autonomous underwater vehicle （AUV）， the traditional AUV PID roll attitude controller was improved by means of grey prediction algorithm， and a grey PID control algorithm was designed to inhibit and eliminate AUV roll. The simulation results show that the grey prediction PID algorithm has smooth steering control， fast speed control， better robustness and adaptive capacity to the environment. it is fully qualified to AUV roll attitude control.

Keywords： underwater vehicle； roll control； gray PID control； attitude control

0 引 言

PID控制因其算法简单、鲁棒性好、可靠性高而在AUV的控制中获得了广泛的应用[1]。但随着现代海战对水下航行器的操纵性能的要求越来越高，传统的PID控制方法越来越难以完成复杂的任务。针对这种情况，国内外很多学者将非线性鲁棒控制、自适应控制、模糊控制等现代控制理论与技术应用于AUV的姿态控制上，在AUV姿态控制方法的研究上取得了一定的进展[2?5]。但在实际中很难建立精确的数学模型，有些控制方法本身具有运算量大、实时性差的不足，加之一些非线性因素和不确定因素的影响，给实时控制带来了困难。

灰色系统理论是处理不确定量的一种有效途径。它需要的信息少，通用性好，计算方便[6]。采用灰色系统的方法，对于不确定部分建立灰色模型，利用它来使控制系统中的灰量得到一定程度的白化，以提高控制质量极其鲁棒性。本文以AUV横滚控制为例，利用灰色系统理论对横滚控制中的不确定部分建立灰色模型，对其PID控制进行一定的补偿，以提高其控制品质，探索灰色PID控制在水下航行器控制中的应用方法。

1 水下航行器横滚姿态控制模型

4 结 论

仿真发现，对于具有不确定干扰的AUV横滚控制系统，如果只采用传统的PID来控制航向，控制效果不太理想，而采用PID控制算法则能获得较好的控制效果，这主要归结于其采用了灰色预估补偿原理，控制系统能够具有良好的控制品质和鲁棒性。仿真结果也说明采用灰色预测算法的PID控制相比传统PID算法更适合水下航行器横滚控制，在水下航行器控制中应用灰色预测算法是切实可行的。

参考文献

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