[发明专利]一种减弱未知干扰与抖振影响的可底栖式AUV自适应轨迹跟踪控制方法

权利要求书

1.一种减弱未知干扰与抖振影响的可底栖式AUV自适应轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

针对AUV，考虑外界未知干扰建立含有外界干扰力的六自由度动力学方程，利用自适应滑模控制的三维轨迹跟踪控制器对AUV进行控制；所述自适应滑模控制的三维轨迹跟踪控制器是基于AUV的六自由度动力学方程采用滑模控制算法设计的，设计过程包括以下步骤：

针对非线性系统

式中，是系统的状态变量；是系统的控制输入；t表示时间；

首先求取切换函数s(x)，s(x)＝0称为控制的切换面；然后求取控制器输入u(x)；

非奇异快速终端滑模控制切换函数：

式中，s为滑模变量，s∈R^n×1；为正常数，[·]表示取整，l,p为正奇数，且满足0＜l/p＜1，α₁、α₂为已知对角阵，e表示误差；

基于含有外界干扰力的AUV六自由度动力学方程，外界干扰力τ_d存在边界，边界条件未知，即

式中，为未知正数；

边界条件未知，满足公式

||d(t)||＜D (7)

式中，D为未知正数，表示d(t)的未知边界；

基于公式(5)形式的滑模函数，并考虑未知干扰影响因素，设计自适应滑模控制的三维轨迹跟踪控制器；

所述考虑外界未知干扰建立的含有外界干扰力的六自由度动力学方程如下：

式中，υ＝[u v w p q r]^T，其中u、v、w为速度在载体坐标系下三轴的分量，p、q、r为角速度在载体坐标系下三轴的分量；M代表惯性矩阵，C(υ)代表科氏向心力矩阵，D(υ)代表水动力阻尼力矩，g(η)代表重力和浮力产生的恢复力或力矩向量，τ代表执行结构产生的力或者力矩向量，τ_d代表外界干扰力或力矩向量，

所述自适应滑模控制的三维轨迹跟踪控制器如下：

τ＝τ₀+τ₁ (8)

式中，k₁是已知正数，k₂为使大于0的常数，D_m为正常数；sgn(·)为符号函数；R为载体坐标系向惯性坐标系的转换矩阵；η_d为AUV在固定坐标系下的六自由度位置与姿态期望值，η_e＝η-η_d为位姿误差，η为AUV在固定坐标系下六自由度位置与姿态值；的一阶导数为自适应律。

2.根据权利要求1所述的一种减弱未知干扰与抖振影响的可底栖式AUV自适应轨迹跟踪控制方法，其特征在于，

所述惯性矩阵M＝M_RB+M_A，M_RB为质量惯性矩阵，M_A为水动力附加质量矩阵；科氏向心力矩阵C＝C_RB+C_A，C_RB为刚体的科氏力和向心力矩阵，C_A为附加质量的科氏力和向心力矩阵。

3.根据权利要求1所述的一种减弱未知干扰与抖振影响的可底栖式AUV自适应轨迹跟踪控制方法，其特征在于，自适应滑模控制的三维轨迹跟踪控制器的自适应律如下：

式中，k_d是已知正数，σ_d是已知正数。