量子化された姿勢フィードバック追従制御のための速度変換ベース適応非線形拡張状態オブザーバー戦略と速度制約付き水中翼船

科学分野:

• ロボット工学
• システム制御工学
• 海洋工学

背景:

• 水中翼船（USV）は、その複雑なダイナミクスと限られた作動力のために、制御上の大きな課題をもたらす。
• 量子化された測定値と時間変化する速度制約は、USVの既存の制御戦略を複雑にする。
• ロバストなUSV制御のためには、測定不可能な状態とシステム不確実性の正確な推定が不可欠である。

研究 の 目的:

• 速度制約のある不確実なUSVのための量子化姿勢ベース追従制御戦略を開発する。
• 量子化フィードバックとシステム不確実性を処理できる適応非線形拡張状態オブザーバー（ANESO）を設計する。
• 量子化誤差が存在する場合の速度制約の満足とロバストな追従性能を保証する。

主な方法:

• USVモデルに非線形速度変換を適用し、速度制約を処理する。
• 測定不可能な速度と不確実性を推定するために、新しい適応非線形拡張状態オブザーバー（ANESO）を提案する。
• 量子化された姿勢フィードバックとコマンドフィルタリングされたバクステップ法を用いて、適応追従制御戦略を開発する。
• ライプャプノフ安定性理論を用いて、システムの安定性と制約の満足を厳密に証明する。

主要な成果:

• 提案されたANESOは、量子化フィードバック下で測定不可能な速度と非線形不確実性を効果的に推定する。
• 適応追従制御戦略は、量子化誤差とシステム不確実性を正常に補償する。
• 開発された制御システムは、時間変化する速度制約の満足を保証する。
• シミュレーション研究は、提案手法が既存の手法と比較して優れた性能を示すことを実証する。

結論:

• ANESOベースの量子化出力フィードバック追従制御戦略は、速度制約のある不確実なUSVに対して効果的である。
• この手法は、量子化された測定値とシステム不確実性を伴うUSV制御問題に対するロバストな解決策を提供する。
• 本研究は、実用的なセンサーおよびアクチュエーターの制限に対処することにより、海洋ロボット工学および自律車両制御の分野を進歩させる。