Controllo del movimento di un veicolo sottomarino autonomo soggetto a una corrente oceanica costante e sconosciuta

Abstract

Questa tesi sviluppa una legge di guida tridimensionale sensibile alla corrente per un AUV sottoattuato che si muove in presenza di una corrente oceanica costante e ignota. Il contributo principale è una formulazione a progressione prescritta, in cui un bersaglio mobile avanza lungo un percorso spaziale assegnato. L’analisi formale riguarda l’errore rispetto al bersaglio mobile, mentre la distanza geometrica dal percorso è usata come metrica di valutazione separata. A partire da un precedente controllore MED a commutazione, la legge proposta sostituisce il cambio discreto di compito con una combinazione continua tra avvicinamento al bersaglio e allineamento alla tangente del percorso, introduce un osservatore vettoriale della corrente, impone comandi di surge fisicamente realizzabili in presenza di corrente e aggiunge una correzione della velocità lungo il percorso basata sull’errore tangenziale segnato. Per il modello cinematico ideale ridotto si dimostrano la convergenza dell’osservatore, l’allineamento della direzione da tutte le condizioni iniziali non antipodali e la convergenza condizionata dell’errore rispetto al bersaglio mobile. Non si rivendica un teorema completo di stabilità per la cascata REMUS 100/PI a sei gradi di libertà. Le simulazioni in MATLAB 2025 mostrano distanze RMS dal percorso pari a 0.095--0.431 m sui quattro percorsi curvi o di survey e 0.970 m sulla linea inclinata. Rispetto al predecessore MED, l’errore RMS si riduce di circa 59--97%, la commutazione discreta viene eliminata, la rugosità del comando di surge diminuisce di fattori pari a circa 1.6e2--3.8e4 e la saturazione attuatoriale a regime è nulla su elica e lemniscata e inferiore all’8.2% sugli altri percorsi. Un’estensione a progressione autonoma è mantenuta come lavoro futuro.

This thesis develops a current-aware three-dimensional guidance law for an underactuated AUV moving through an unknown constant ocean current. The main contribution is a prescribed-progression formulation in which a moving target advances along a prescribed spatial path. The formal analysis is performed on the moving-reference error, while the geometric distance to the path is used as a separate evaluation metric. Starting from a published MED switching predecessor, the proposed law replaces the discrete task switch with a smooth approach--tangent blend, adds a constant-current vector observer, enforces current-feasible surge commands, and uses a signed along-path speed correction. For the reduced ideal kinematic model, observer convergence, non-antipodal direction alignment, and conditional moving-reference error convergence are established. A full stability theorem for the six-degree-of-freedom REMUS 100/PI cascade is not claimed. Numerical tests in MATLAB 2025 show that the prescribed-progression law achieves RMS geometric path distances of 0.095--0.431 m on the four curved or survey paths and 0.970 m on the inclined line. Relative to the MED switching predecessor, RMS distance is reduced by about 59--97%, the discrete switch is removed, surge-command roughness is reduced by factors of about 1.6e2--3.8e4, and steady-window actuator saturation is zero on the helix and lemniscate and below 8.2% on the remaining paths. An autonomous path-progression extension is retained as future work.