A Novel Underwater Vehicle With Orientation Adjustable Thrusters: Design and Adaptive Tracking Control

要約

自律的な水中車両（AUV）は、海洋探査と研究に不可欠です。
ただし、従来のデザインは、複雑で動的な水中環境での制限された操縦性としばしば苦労しています。
このペーパーでは、革新的なオリエンテーション調整可能なスラスタAUV（Oatauv）を紹介します。
不確実なモデルパラメーターと環境障害に関連する課題を克服するために、リアルタイムの状態フィードバックを適応パラメーターの更新と統合する堅牢な軌道追跡を確保するために、新しいフィードフォワード適応モデル予測コントローラー（FFAMPC）が提案されています。
実験室プールでの閉ループ追跡や複合モーションテストを含む広範な実験は、オート麦のパフォーマンスの強化を検証します。
結果は、OAT-AUVの冗長ベクトルスラスター構成により、一般的な車両に比べて23.8％のコスト削減が可能になり、FF-AMPCコントローラーはPIDコントローラーと比較して68.6％の軌跡追跡改善を達成することを示しています。
ユニークなことに、このシステムは、同様の車両によって達成できない複合らせん/スパイラル軌道を実行します。

要約(オリジナル)

Autonomous underwater vehicles (AUVs) are essential for marine exploration and research. However, conventional designs often struggle with limited maneuverability in complex, dynamic underwater environments. This paper introduces an innovative orientation-adjustable thruster AUV (OATAUV), equipped with a redundant vector thruster configuration that enables full six-degree-of-freedom (6-DOF) motion and composite maneuvers. To overcome challenges associated with uncertain model parameters and environmental disturbances, a novel feedforward adaptive model predictive controller (FFAMPC) is proposed to ensure robust trajectory tracking, which integrates real-time state feedback with adaptive parameter updates. Extensive experiments, including closed-loop tracking and composite motion tests in a laboratory pool, validate the enhanced performance of the OAT-AUV. The results demonstrate that the OAT-AUV’s redundant vector thruster configuration enables 23.8% cost reduction relative to common vehicles, while the FF-AMPC controller achieves 68.6% trajectory tracking improvement compared to PID controllers. Uniquely, the system executes composite helical/spiral trajectories unattainable by similar vehicles.

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