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AUV深度航向控制与PID调试教程

共计 30 章节

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课程导入与AUV控制问题定义

介绍AUV深度与航向控制的任务背景 · 典型场景（定深巡航 · 变深机动

AUV课程导入

AUV深度与航向控制基础

建立深度/航向控制的基本概念 · 包括坐标系定义（体坐标系与地面坐标系… · 深度与纵倾/升沉的关系

AUV运动数学模型与简化

推导深度与航向通道的简化动力学模型（… · 艏摇-航向） · 理解线性化假设

AUV运动数学模型

PID控制原理与AUV控制适配

讲解PID控制的基本原理（比例 · 积分 · 微分作用）

AUV深度/航向控制系统架构与信号流

梳理从传感器（深度计 · IMU · 罗经）到控制器

调试环境搭建与安全规范

介绍AUV深度/航向PID调试的软硬… · 半物理仿真 · 水池试验

调试环境搭建安全规范

传感器与执行机构特性测试

设计实验测试深度计 · IMU · 罗经的噪声

传感器执行机构特性测试

深度通道开环响应测试与模型辨识

通过开环阶跃/脉冲实验获取深度通道的… · 辨识简化模型的一阶/二阶参数（增益 · 时间常数

深度通道开环响应…模型辨识

航向通道开环响应测试与模型辨识

通过开环阶跃/脉冲实验获取航向通道的… · 辨识艏摇模型参数 · 分析舵效

航向通道开环响应…模型辨识

PID控制器离散化与实现要点

讲解连续PID到离散PID的转换（位… · 分析采样周期选择 · 积分限幅

PID控制器离散化

深度通道P控制调试与稳态误差分析

从纯比例控制开始 · 逐步增大P观察深度响应 · 分析稳态误差与振荡趋势

深度通道P控制调…稳态误差分析

深度通道PI控制调试与积分作用

在P控制基础上引入积分 · 调试I参数以消除深度稳态误差 · 观察积分饱和现象并引入抗饱和措施（积…

深度通道PID控制调试与微分作用

引入微分环节抑制深度超调与振荡 · 调试D参数并分析微分对噪声的敏感性 · 结合微分滤波（不完全微分）优化深度响…

PID深度通道

航向通道P控制调试与舵效分析

从纯比例控制开始调试航向通道 · 观察航向响应与舵角变化 · 分析P增益对航向保持精度与转向速度的…

航向通道P控制调…舵效分析

航向通道PI控制调试与积分抗饱和

引入积分消除航向稳态误差 · 调试I参数并处理积分饱和（尤其在舵机… · 结合航向保持与转向任务验证PI参数的…

航向通道PID控制调试与微分优化

引入微分改善航向动态响应 · 抑制超调与振荡 · 调试D参数并考虑罗经噪声影响

PID航向通道

深度-航向耦合影响与解耦调试策略

分析深度变化对航向的耦合影响（如纵倾… · 设计调试顺序（先航向后深度或反之）与… · 避免耦合导致整定困难

深度航向耦合影响

PID参数整定方法对比与选择

对比齐格勒-尼科尔斯法 · 临界比例度法 · 衰减曲线法

PID参数整定方法对比

基于仿真平台的PID快速整定与验证

在AUV六自由度仿真环境中搭建深度/… · 利用仿真快速迭代PID参数 · 验证抗扰性

PID基于仿真平台的

水池试验中的PID调试与现场调整

设计水池试验方案（定深 · 变深 · 航向保持

PID水池试验

海试/湖试中的PID调试与扰动抑制

针对真实海洋环境（波浪 · 海流 · 温盐深变化）

深度通道抗扰与鲁棒性调试

针对深度通道的外部扰动（波浪 · 浮力变化）与模型不确定性 · 调试PID参数并引入前馈补偿

深度通道抗扰鲁棒性调试

航向通道抗扰与鲁棒性调试

针对航向通道的海流 · 侧向扰动与罗经误差 · 调试PID参数并结合滤波

航向通道抗扰鲁棒性调试

PID调试中的滤波与信号处理

分析传感器噪声对PID微分项的影响 · 设计低通滤波 · 卡尔曼滤波等信号处理方案

执行机构饱和与速率限制下的PID调试

分析舵机/推进器饱和与速率限制对PI… · 调试抗饱和策略（积分限幅 · 反计算抗饱和）与输出限幅

PID执行机构饱

深度/航向控制性能评估与调试指标

建立PID调试的性能评估指标体系（超… · 调节时间 · 稳态误差

深度航向控制性能评估

PID参数自整定与智能调试辅助

介绍继电反馈自整定 · 模糊自整定 · 基于优化算法的PID整定方法在AUV…

PID参数自整定

故障诊断与PID调试中的异常处理

分析调试过程中常见异常（传感器失效 · 执行机构卡死 · 通信中断

PID故障诊断

定深巡航与航向保持联合调试 · 完成从任务分析 · 参数整定

综合实战定深巡航

变深机动与航向跟踪联合调试及课程总结 · 完成PID参数调试与优化 · 总结课程知识体系

综合实战变深机动