[发明专利]基于微分跟踪器和扰动观测器的水下机器人轨迹控制方法及系统有效
申请号: | 202011210704.3 | 申请日: | 2020-11-03 |
公开(公告)号: | CN112286227B | 公开(公告)日: | 2022-03-18 |
发明(设计)人: | 孙冲;成磊;朱战霞 | 申请(专利权)人: | 西北工业大学;西北工业大学深圳研究院 |
主分类号: | G05D1/10 | 分类号: | G05D1/10 |
代理公司: | 西安通大专利代理有限责任公司 61200 | 代理人: | 李红霖 |
地址: | 710072 陕西*** | 国省代码: | 陕西;61 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 基于 微分 跟踪 扰动 观测器 水下 机器人 轨迹 控制 方法 系统 | ||
本发明公开了一种基于微分跟踪器和扰动观测器的水下机器人轨迹控制方法及系统,包括以下步骤:步骤1,构建获得水下机器人动力学模型;步骤2,构建获得水下机器人速度观测器;步骤3,构建获得水下机器人扰动观测器;步骤4,基于步骤2获得的水下机器人速度观测器和步骤3获得的水下机器人扰动观测器,构建获得水下机器人轨迹跟踪控制器和水下机器人位置控制器;基于获得的水下机器人轨迹跟踪控制器和水下机器人位置控制器实现水下机器人轨迹控制。本发明能够有效抑制水下机器人的位置控制中的扰动,提高轨迹跟踪系统的鲁棒性;能够使得控制更加精确。
技术领域
本发明属于水下机器人控制技术领域,涉及水下机器人的位置和轨迹控制领域,特别涉及一种基于微分跟踪器和扰动观测器的水下机器人轨迹控制方法及系统。
背景技术
海洋资源在人类发展过程中发挥越来越重要的作用,水下机器人由于其导航定位精度高、能源密度高、信息处理方式智能、运动控制与规划决策实时性高,取代了人工潜水,为人类进行深海资源的研究与开发提供了强有力的工具;水下机器人是融合了人工智能、信息识别、智能处理、自主决策、姿态位置控制的嵌入式系统。水下机器人的总体结构、流体性能、动力系统、控制与通讯方式之间存在强耦合,模型的非线性度也很高;此外,受压力、水密、负载和速度影响,水下机器人易受外界条件影响。
综上,亟需一种新的水下机器人轨迹控制方法及系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于微分跟踪器和扰动观测器的水下机器人轨迹控制方法及系统,以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明能够有效抑制水下机器人的位置控制中的扰动,提高轨迹跟踪系统的鲁棒性;能够使得控制更加精确。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明的一种基于微分跟踪器和扰动观测器的水下机器人轨迹控制方法,包括以下步骤:
步骤1,构建获得水下机器人动力学模型;
步骤2,基于步骤1获得的动力学模型,构建获得水下机器人速度观测器;
步骤3,基于步骤1获得的动力学模型,构建获得水下机器人扰动观测器;
步骤4,基于步骤2获得的水下机器人速度观测器和步骤3获得的水下机器人扰动观测器,构建获得水下机器人轨迹跟踪控制器和水下机器人位置控制器;基于获得的水下机器人轨迹跟踪控制器和水下机器人位置控制器实现水下机器人轨迹控制。
本发明的进一步改进在于,步骤1具体包括:
水下机器人在大地坐标下的位置量为其中,x、y和z是水下机器人的位置坐标,φ、θ和是水下机器人的姿态角度;
机体坐标系下,水下机器人的速度量为ν=[μ υ ω p q r]T;其中,μ、υ和ω为水下机器人的沿机体坐标轴的线速度,p、q和r是水下机器人绕机体坐标轴的角速度,方向满足右手螺旋定理;
为沿大地坐标轴的速度向量,与ν的转换关系:
对水下机器人运用动量与动量矩定理,建立如下的运动方程:
其中,M(η)是模型的惯性矩阵,C(ν)是科氏力矩阵,D(ν)代表系统阻尼矩阵,g(η)是负浮力,τC表示控制量;
系统(1)和系统(2)联立获得水下机器人动力学模型:
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- 刘雷;饶京宏 - 北京机电工程研究所
- 2021-12-09 - 2023-10-27 - G05D1/10
- 本发明涉及一种无人飞行器飞行控制方法、系统及无人飞行器,方法包括将无人飞行器的飞行轨迹分为初始发射段、中途飞行段和末段执行段;在初始发射段,控制无人飞行器按照预定角度爬升,在爬升到设定高度后,进入中途飞行段;在中途飞行段,根据装订的关键节点数据,对无人飞行器进行纵向控制、侧向控制和速度控制,使无人飞行器按照设定的航迹进行飞行,直至到末段执行段;在末段执行段,按照比例导引法控制无人飞行器抵近目标完成任务。本发明实现了对无人飞行器飞行全过程的飞行控制,在飞行的每个阶段采用对应的飞行控制方法,控制准确、简便,且避免了纵向输出量的振荡甚至发散问题,以及转弯的超调问题。
- 一种无人机多任务载荷装置转换方法及系统-202310725498.7
- 伍南;王军;彭勇;钟杭君;李盛;朱晓兵 - 湖南林科达信息科技有限公司
- 2023-06-19 - 2023-10-27 - G05D1/10
- 本发明公开了一种无人机多任务载荷装置转换方法及系统,涉及无人机载荷技术领域,包括路径规划模块、飞行平台、载荷转换模块以及信号验证模块;路径规划模块用于管理员在飞行平台软件上规划无人机的任务航线及HOME点的返回位置,并通过自主导航模块控制无人机按照既定的目标位置航行,做到位置跟踪;载荷转换模块用于根据森林植保任务切换对应载荷来执行对应森林植保任务;森林植保任务包括白僵菌粉剂投放、花绒寄甲试管容器投放以及赤眼蜂卵包投放;信号验证模块用于实时验证智能控制单元与飞行平台之间的通信状态,以及时提醒管理员对智能控制单元进行检修维护;提高智能控制单元的控制精度,保证天敌和生物制剂投放的准确性。
- 飞行任务规划方法、装置、自动驾驶仪及飞行器-201911323630.1
- 刘夯;饶丹;刘述超;郭有威;王陈 - 成都纵横自动化技术股份有限公司
- 2019-12-20 - 2023-10-27 - G05D1/10
- 本申请提出一种飞行任务规划方法、装置、自动驾驶仪及飞行器,涉及航测技术领域,在自动驾驶仪判定接收的任务规划信息满足任务规划条件时,基于该任务规划信息中包含的任务目标,划分出任务区块,然后利用获得的任务规划参数对该任务区块进行处理,得到飞行任务,接着遍历检查飞行任务包含的所有飞行航点,调整不满足飞行条件的飞行航点,直至满足设定的检查结束条件,相比于现有技术,使自动驾驶仪规划能够先在二维平面规划出飞行任务,再通过设定飞行条件的方式遍历检查飞行任务包含的所有飞行航点,从而使自动驾驶仪能够具有飞行任务规划能力,进而使自动驾驶仪能够在无法接收新的飞行任务时,可以自主规划飞行任务,确保能够正常的执行任务。
- 卫星图像复合制导方法-202011211066.7
- 王伟;刘佳琪;林德福;王少龙;杜少龙 - 北京理工大学
- 2020-11-03 - 2023-10-27 - G05D1/10
- 本发明公开了一种卫星图像复合制导方法,该方法中,采用速度追踪制导律和比例导引制导律相结合的制导体系,速度追踪法控制过程简单,但对机动目标不易进行较好的跟踪;而比例导引法则可以有效跟踪机动目标,通过引入人在回路,在飞行器发射前决定飞行器的制导方式,通过校准弹目视线角,来进一步提高制导准确性,也能够据此实时解算弹目视线角速率,实现针对动目标的精确打击。
- 一种基于LiDAR数据构建三维实景的无人机自主飞行方法-201811058406.X
- 请求不公布姓名 - 杨扬
- 2018-09-11 - 2023-10-27 - G05D1/10
- 本发明公开了一种基于LiDAR数据构建三维实景的无人机自主飞行方法,包括构建自主飞行禁飞区,航线自主规划和飞行,自主航迹修正和避障;所述禁飞区是在以LiDAR点云数据为基础构建的三维实景中,运用算法划分可飞区块和禁飞区块,所述航线自主规划飞行是以差分GPS结合LiDAR数据,按照规定的原则自主规划出无人机电力巡检的最优飞行路径并实现自主飞行的过程,所述航迹修正和避障是以规划航迹和机载雷达数据为判断基准,对由内外部因素导致的飞行偏离航迹的情况进行航线修正,必要时可实现自主原路返航。本发明解决了现有无人机巡线安全隐患大、巡线效率低下、人员配备冗余的问题。
- 专利分类