THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT CHO BÀI TOÁN GIỮ ĐỘI HÌNH VÀ BÁM QUỸ ĐẠO CỦA AUV (DESIGN OF SLIDING MODE CONTROLLER FOR FORMATION KEEPING AND TRAJECTORY TRACKING OF AUTONOMOUS UNDERWATER VEHICLES)
Keywords
DOI:
https://doi.org/10.65154/jmst.937Abstract
Bài báo đề xuất giải pháp điều khiển chế độ trượt (SMC) để giải quyết đồng thời bài toán bám quỹ đạo và duy trì đội hình cho hệ thống AUV theo cấu trúc Leader-Follower. Nghiên cứu được xây dựng trên mô hình động lực học 6 bậc tự do (6-DOF) đầy đủ, xem xét đến các yếu tố bất định và nhiễu môi trường thủy động lực. Để khắc phục hiện tượng rung vốn là nhược điểm lớn nhất của bộ điều khiển SMC truyền thống gây hại cho cơ cấu chấp hành, nhóm tác giả đã đề xuất cải tiến luật điều khiển bằng cách sử dụng hàm tanh thay thế cho hàm dấu (sign). Giải pháp này giúp làm trơn tín hiệu điều khiển mà vẫn đảm bảo tính ổn định tiệm cận toàn cục theo lý thuyết Lyapunov. Kết quả mô phỏng trên các quỹ đạo đường thẳng và hình sin cho thấy hệ thống hoạt động ổn định, AUV Follower bám sát AUV Leader chính xác và sai số hội tụ nhanh về 0.AbstractThis paper proposes a Sliding Mode Control (SMC) approach to simultaneously address trajectory tracking and formation keeping problems for (AUV systems based on a Leader-Follower structure. The study is developed based on a full 6-DOF dynamic model, taking into account model uncertainties and hydrodynamic environmental disturbances. To mitigate the chattering phenomenon a major drawback of traditional SMC that negatively affects actuators the authors propose an improved control law by substituting the traditional sign function with the tanh function. This solution smooths the control signal while ensuring global asymptotic stability according to Lyapunov theory. Simulation results for both straight line and sinusoidal trajectories demonstrate stable system performance, where the Follower AUV accurately tracks the Leader AUV, and tracking errors rapidly converge to zero.Keywords: Formation control, AUV, Sliding Mode Control, Robust control, Multi-agent control.Downloads
References
[1] Cui, R., et al. (2010), Leader-follower formation control of underactuated AUVs with nonlinear observer, Automatica, Vol.46, pp.1928-1936.
[2] Yuh, J. (2000), Design and control of autonomous underwater robots: A survey, Autonomous Robots, Vol.9(1), pp.7-24.
[3] Fossen, T. I. (2011), Handbook of Marine Craft Hydrodynamics and Motion Control, John Wiley & Sons.
[4] Breivik, M., & Fossen, T. I. (2005), Principles of guidance-based path following in 2D and 3D, IEEE Conf. Decision Control, pp.627-634.
[5] Vu, Q.V.; Dinh, T.A.; Nguyen, T.V.; Tran, H.V.; Le, H.X.; Pham, H.V.; Kim, T.D.; Nguyen, L (2021), An Adaptive Hierarchical Sliding Mode Controller for Autonomous Underwater Vehicles, Electronics, Vol.10, p. 2316.
[6] Edwards, C., & Spurgeon, S. (1998), Sliding Mode Control: Theory and Applications, Taylor & Francis.
[7] Slotine, J.J. E., & Li, W. (1991), Applied Nonlinear Control, Prentice-Hall.
[8] Huadong Zhou, Xiangyang Mu. (2024), Trajectory Tracking Control of Remotely Operated Vehicles via a Fast-Sliding Mode Controller with a Fixed-Time Disturbance Observer, Applied Sciences, Vol.14(6), p. 2533.
[9] Soylu, S., et al. (2008), Underwater vehicle positioning via chattering-free sliding mode control, Ocean Engineering, Vol.35(17-18), pp.1762-1773.
[10] Juan Li, Zhenyang Tian, Honghan Zhang and Wenbo Li (2023), Robust Finite-Time Control of a Multi-AUV Formation Based on Prescribed Performance, J. Mar. Sci. Eng, Vol.11(5), p. 897.
[11] Faheem Ur Rehman, Enrico Anderlini, Giles Thomas (2021), Leader Follower Formation Control for Underwater Transportation Using Multiple Autonomous Underwater Vehicles, The International Journal of Maritime Engineering 163(A3).
[12] Long He, Ya Zhang, Shizhong Li, Bo Li, Mengting Xie, Zehui Yuan and Chenrui Bai (2025), Formation Control of Underactuated AUVs Based on Event-Triggered Communication and Fractional-Order Sliding Mode Control, Fractal Fract, Vol.9(12), p. 755.
