[发明专利]一种基于扩张状态观测器的水下机器人滑模控制方法

权利要求书

1.一种基于扩张状态观测器的水下机器人滑模控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，建立惯性坐标系下水下机器人动力学模型和运动学模型，并且根据其动力学模型和运动学模型建立水下机器人惯性系下运动方程

步骤S2，构建三阶扩张状体观测器：

其中i＝1,2,3,4,5,6和β_i1,β_i2,β_i3为观测器增益，观测误差为e_i1(t)＝z_i1(t)-η_i(t)，e_i2(t)＝z_i2(t)-v_i(t)，e_i3(t)＝z_i3(t)-f_i(t)，f_i(t)为未知扰动；并且通过线性不等式调整观测器的参数；

所述步骤S2中通过线性矩阵不等式调整扩张状态观测器的参数，该线性不等式为：

其中k₁～k₇是已知正定常数，且满足下式成立：

步骤S3，设计连续终端滑模控制器，首先建立跟踪误差模型，然后基于扩张状态观测器，设计连续终端滑模控制器的控制信号；

步骤S4，得到控制力矩τ_ic(t)，并且控制水下机器人的惯性系下运动方程，从而实现对水下机器人进行控制。

2.根据权利要求1所述的基于扩张状态观测器的水下机器人滑模控制方法，其特征在于，所述步骤S1中动力学模型和运动学模型分别为：

其中M_RB表示机体惯性矩阵，表示C_RB机体科里奥氏力矩阵，M_AM表示与机体相关的水流介质惯性矩阵，C_AM表示与机体相关的水流介质科里奥氏力矩阵，D_r(v_r(t))v(t)为粘性阻力，g(η(t))为负浮力，τ_c(t)为控制力矩，J(η(t))为雅克比矩阵，η(t)，v(t)和v_r(t)＝v(t)-v_c(t)分别为体坐标系下机体位置，机体速度和体坐标系下相对流体的广义速度，v_c(t)为体坐标系下水流的速度。

3.根据权利要求1所述的基于扩张状态观测器的水下机器人滑模控制方法，其特征在于，所述步骤S3中跟踪误差模型为：x_i1(t)＝η_i(t)-η_id(t),x_i2(t)＝v_i(t)-v_id(t)。

4.根据权利要求3所述的基于扩张状态观测器的水下机器人滑模控制方法，其特征在于，所述步骤S3中连续终端滑模控制器的控制信号为：

其中k_i1,k_i2,T_i,α_i是控制器参数，z_i3(t)是扩张状态观测器观测到的未知扰动信息用于实时补偿系统内部的不确定性以及变化的外部扰动。

5.根据权利要求1所述的基于扩张状态观测器的水下机器人滑模控制方法，其特征在于，所述步骤S1中惯性系下运动方程中其中D^*(v(t),η(t))v(t),g^*(η(t))是未知项。