[发明专利]一种复合干扰下的欠驱动AUV反步自适应模糊滑模控制方法

权利要求书

1.一种复合干扰下的欠驱动AUV反步自适应模糊滑模控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：给定AUV期望轨迹，初始位置，速度，建立AUV的垂直面与水平面的动力学模型与运动学模型；

步骤2：建立基于Serret-Frenet坐标系的轨迹跟踪误差模型，包括水平面轨迹跟踪误差模型和垂直面轨迹跟踪误差模型，其中水平面轨迹跟踪误差模型满足：

其中，ψ_e为航向角跟踪误差，ψ_e＝ψ-ψ_P，为航向角跟踪误差的导数，Up是参考点沿参考轨迹的运动速度，τ_e、n_e分别表示跟踪点在跟踪轨迹的切向和法向的跟踪误差；r和r_p分别表示沿z轴和指向U_p方向的角速度；

其中垂直面轨迹跟踪误差模型满足：

其中θ_e表示纵倾角跟踪误差；

步骤3：利用所述的轨迹跟踪误差模型和动力学模型，对水平面和垂直面分别构造反步滑模控制器，并分别获取水平面和垂直面下的控制器输出，所述反步滑模控制器包括水平面反步滑模纵向速度控制器、水平面反步滑模航向控制器和垂直面反步滑模纵倾角控制器；

其中，水平面反步滑模纵向速度控制器满足：

水平面反步滑模航向控制器满足：

垂直面反步滑模纵倾角控制器满足：

步骤4：在步骤3所述控制器基础上，设计自适应反步滑模模糊控制器，加入自适应模糊控制系统，并实现在复合干扰下的欠驱动AUV轨迹跟踪控制；所述自适应反步滑模模糊控制器包括：水平面反步自适应模糊滑模纵向速度控制器、水平面反步自适应模糊滑模航向角控制器和垂直面反步自适应模糊滑模纵倾角控制器；

其中，水平面反步自适应模糊滑模纵向速度控制器满足：

水平面反步自适应模糊滑模航向角控制器满足：

垂直面反步自适应模糊滑模纵倾角控制器满足：

其中为模糊逻辑系统的输出，为模糊逻辑系统的输出，为模糊逻辑系统的扰动项，S₁＝u-u_d，h和β均表示值为正的实数，z₁＝ψ-ψ_d，下标的序号表示在不同的控制器中的参数表示。

2.根据权利要求1所述的一种复合干扰下的欠驱动AUV反步自适应模糊滑模控制方法，其特征在于：

步骤1所述动力学模型包括水平面动力学模型和垂直面动力学模型，其中水平面动力学模型满足：

垂直面动力学模型满足：

步骤1所述运动学模型包括水平面运动学模型和垂直面运动学模型，其中水平面运动学模型满足：

垂直面运动学模型满足：

其中，m表示AUV运动时的实际质量，分别表示AUV沿x轴方向线加速度、沿y轴方向线加速度和沿z轴方向线加速度，x_g、y_g、z_g分别表示重力加速度在在x、y、z方向上的分量，I_x、I_y、I_z表示x,y,z轴的转动惯量，m₁₁，m₂₂，m₃₃为AUV纵向、横向和艏向的附加质量和科氏力；X表示简化后AUV受到的推力；N表示简化后AUV受到的偏航力矩；X_uu，X_u|u|，Y_vv，Y_v|v|，N_rr，N_r|r|表示AUV在x、y、z轴平移和旋转时与水环境之间的粘性阻尼系数，均为正数。