为解决欠驱动AUV轨迹跟踪中系统收敛速度慢、易发散、模型不确定等问题, 提出了一种有限时间和降阶状态观测器双环闭合的运动控制策略。根据时间尺度原理分为位置控制环和姿态控制环, 位置控制环使用有限时间控制方法来加快位置量的收敛速度; 姿态控制环采用基于降阶扩张状态观测器的动态积分滑模来实现对姿态角的快速收敛和补偿混合不确定项。在三维仿真环境下模拟AUV轨迹跟踪的控制效果, 通过仿真结果可看出: 所设计的控制器在收敛速度、控制精度、鲁棒性及跟踪效果方面均高于常见的轨迹跟踪器, 能较好地满足欠驱动AUV的轨迹跟踪控制需要。

针对影响光电平台控制精度的载体速度扰动以及测量噪声等因素, 设计了扰动自抗扰以及滤波控制的两部分控制策略。首先, 通过分析光电平台伺服系统速度稳定环的数学模型中扰动作用原理, 等效各个扰动作用并提出扰动总和思想, 设计了基于降阶扩张状态观测器的自抗扰控制器。其次, 利用卡尔曼滤波器对系统中测量噪声进行了滤波处理, 降低了扩张状态观测器的估计误差。最后, 详细地进行了传统PI控制系统与文中设计的卡尔曼自抗扰控制系统的对比实验。实验结果表明, 在设计带宽相同的情况下, 卡尔曼自抗扰控制系统相比PI控制系统的阶跃响应稳定时间减小32.53%, 超调幅值减小72.73%; 当使用摇摆台引入幅值为1°频率、在2.5 Hz以内的正弦扰动时, 卡尔曼自抗扰控制系统较PI控制系统的扰动隔离度提升了54.67%以上; 在系统模型参数改变±15%范围内, 卡尔曼自抗扰控制系统仍具有优异的扰动隔离性能, 表现出较强鲁棒性, 满足光电平台视轴稳定的性能要求, 对提升视轴稳定精度有较高实用价值。

为了进一步提高光电平台伺服控制系统的抗扰动能力，提出一种基于自抗扰控制器的改进型速度稳定回路。首先，分析了平台视轴稳定回路的数学模型并引入电流环对其进行了化简，通过伺服控制系统中扰动作用原理，引入扰动总和的思想。然后，设计含有降阶扩张状态观测器的自抗扰控制器，对扰动总和实时观测并进行线性化前馈补偿。最后，以某型车载光电平台为控制对象，进行了PI控制器与自抗扰控制器的对比实验。实验结果表明，采用自抗扰控制器伺服控制系统相比PI控制法的阶跃响应速度更快，超调幅值仅为PI控制法的26.98%。使用摇摆台引入的频率为2.5 Hz的正弦扰动，系统稳态误差幅值仅为PI控制法的9.76%。在系统模型参数改变±15%范围内，自抗扰控制器仍具有良好的抗扰能力，表现出很强的鲁棒性，满足光电平台的性能要求，对提升平台抗扰能力有着较高的实用性。