[发明专利]基于生物激励模型的UUV虚拟速度控制方法

说明书

基于生物激励模型的UUV虚拟速度控制方法，涉及一种UUV速度的控制方法。为了解决UUV速度的控制不稳定的问题。包括：获得虚拟速度；将当前的位置误差输入至生物激励模型进行平滑连续处理，获得新的位置误差，根据所述新的位置误差对虚拟速度进行处理，获得平滑连续的虚拟速度；将虚拟速度、海流速度与UUV当前实际航速相减后获得速度误差作为PID速度控制器的输入，PID速度控制器将输出作用在UUV模型上，得到UUV下一步的实际位置，根据得到实际位置对UUV进行控制；将UUV的实际位置与UUV运动规划输出的期望位置相比较，得到的位置误差项作为下一步生物激励模型的位置误差输入。本发明用于UUV在近水面或浅海区域航行时控制航速。

技术领域

本发明涉及一种UUV速度的控制方法，特别涉及一种基于生物激励模型的UUV虚拟速度控制方法。

背景技术

UUV在近水面或浅海区域航行时，海流对于航速的干扰非常强，在实际中使用传统的PID控制器时，出现了许多特有的控制问题，如航速跟踪持续滞后、推进器响应频繁等。致使UUV在航行中噪声增大、续航能力变差、推进器使用寿命减少。

现有一种基于迭代滑模方法设计了UUV航迹跟踪控制器，但并没有对UUV的航速进行必要的控制，仅对位置进行控制，而在实际实验中精确的位置跟踪是建立在稳定的航速基础上的。由于航速的精准与否对UUV整体性能有重要影响，因此对于UUV实际航速的准确稳定控制十分有必要。

而现有采用传统PID控制系统进行速度控制也存在不稳定问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决UUV速度的控制不稳定的问题，本发明提供一种基于生物激励模型的UUV虚拟速度控制方法。

本发明的基于生物激励模型的UUV虚拟速度控制方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一：根据运动学模型建立欠驱动UUV三维空间运动时的速度非线性方程，得到UUV在固定坐标系{E}下与艇体坐标系{B}下速度间的关系；

步骤二：根据步骤一得到的UUV速度间的关系,获得虚拟速度；

步骤三：将当前的位置误差输入至生物激励模型进行平滑连续处理，获得新的位置误差，根据所述新的位置误差对步骤二中的虚拟速度进行处理，获得平滑连续的虚拟速度；

步骤四：将步骤三生成的虚拟速度、海流速度与UUV当前实际航速相减后获得速度误差作为PID速度控制器的输入，PID速度控制器将输出作用在UUV模型上，得到UUV下一步的实际速度；

步骤五：将步骤四得到的UUV下一步的实际速度从艇体坐标系{B}下转换为固定坐标系{E}下，再积分，得到UUV的下一步的实际位置，根据得到实际位置对UUV进行控制；

步骤六：将UUV的实际位置与UUV运动规划输出的期望位置相比较，得到的位置误差项作为下一步步骤三中生物激励模型的位置误差输入，转入步骤三。

所述步骤一中，UUV在固定坐标系{E}下与艇体坐标系{B}下速度间的关系为：