多源受扰系统的主动抗干扰控制研究及在载人潜水器中的应用

Complex engineering systems always are subject to multiple disturbances, such as external disturbances, parameter perturbations, sensor noise and actuator failures, etc. However, previous anti-disturbance control methods are mainly designed for single disturbance. Therefore, some active anti-disturbance control methods will be developed in this research to deal with the multiple disturbances. First, a novel continuous full-order nonsingular terminal sliding-mode control algorithm is designed based on the multivariable finite-time disturbance observer, which is able to suppress the multiple disturbances uniformly. Second, the dynamic model with multiple disturbances is established based on the analysis of disturbance properties, then a hierarchical composite anti-disturbance control algorithm with the integrations of disturbance observer, feed-forward compensation and feedback inhibition is proposed to deal with the multiple disturbances finely. Third, the designed active anti-disturbance control algorithms are applied to the manned submersible with multiple disturbances, which will be verified on the simulator of JIAOLONG manned submersible. In conclusion, this program is intended to study on novel active anti-disturbance control method and its application in manned submersible, which aims to enrich the anti-disturbance control theories and make contributions to the development of JIAOLONG. Therefore, this program is of profound theoretical and practical significance.

复杂工程系统通常会受到外界环境扰动、参数摄动、传感器噪声和执行器故障等多源干扰影响，而以往的抗干扰控制方法大多是针对单一干扰设计的。针对以上问题，本项目拟研究主动抗干扰控制方法抑制多源干扰。首先，构建有限时间收敛的多维干扰观测器，并设计连续全阶非奇异终端滑模控制算法，以“统一”处理系统的多源干扰；然后，基于干扰特性分析，建立系统的多源干扰模型，并设计一种集干扰观测、前馈补偿和反馈抑制于一体，具有复合分层结构的抗干扰控制算法，以“精细”处理系统的多源干扰；最后，将设计的主动抗干扰控制算法应用于受多源干扰影响的载人潜水器系统，并以蛟龙号载人潜水器模拟系统为试验平台，检验抗干扰控制算法的性能。综上所述，本项目旨在研究新型主动抗干扰控制方法及其在载人潜水器中的应用，以期丰富抗干扰控制理论，并为推动载人潜水器的发展做出贡献，具有十分重要的理论意义和应用价值。

复杂工程系统通常会受到外界环境扰动、参数摄动、传感器噪声和执行器故障等多源干扰影响，而以往的抗干扰控制方法大多是针对单一干扰设计的。针对以上问题，本项目研究了主动抗干扰控制方法抑制多源干扰。首先，设计了一种基于高阶滑模的有限时间多维干扰观测器，并提出了连续全阶非奇异终端滑模控制方法，能够“统一”处理多源干扰；其次，基于干扰特性分析，提出了一种包含干扰观测、前馈补偿和反馈抑制的复合分层抗干扰控制方法，能够“精细”处理多源干扰；最后，将设计的主动抗干扰控制方法应用于“蛟龙号”载人潜水器系统，通过数值仿真检验了抗干扰控制方法的性能。. 在国家自然科学基金(61803182)的支持下，项目组按照计划书中既定的研究计划开展研究工作，并完成了期望的研究目标，在国内外重要学术期刊上发表论文10篇，包括：SCI收录论文8篇（其中IEEE汇刊1篇），EI收录论文1篇，CSCD论文1篇（均标注本基金资助）。此外，申请发明专利3项，培养硕士研究生3名。超额完成了项目的预期成果。本项目的研究有助于解决传统抗干扰控制方法无法精细处理多源干扰的问题，已取得的成果可以为精细抗干扰控制理论的研究提供新的思路。