[发明专利]纵平面跟踪无人水下航行器的模糊事件触发滑模控制方法

说明书

纵平面跟踪无人水下航行器的模糊事件触发滑模控制方法，属于无人水下航行器控制工程领域。本发明解决了现有无人水下航行器深度跟踪控制方法能耗高，且存在对执行器磨损大的问题。本发明通过设定积分滑模面和时变阈值的事件触发机制来设计事件触发时刻对积分滑模控制器进行触发来实现对水下航行器系统状态进行控制，实现积分滑模控制器的间歇式更新方式，在此过程中还通过积分滑模面，求得等效滑模控制律，再根据等效滑模控制律，构建积分滑模控制器。本发明可以有效降低UUV控制能耗，并减轻控制过程中的执行器磨损。本发明主要用于对无人水下航行器深度方向上的航迹进行间歇式控制。

技术领域

本发明属于无人水下航行器控制工程领域。

背景技术

近年来，世界各国越来越重视海洋资源的开发和利用，并加大了对无人水下航行器(unmanned underwater vehicles，UUV)的研发投入，这主要是因为UUV在海洋数据采集、海底电缆探测、反水雷和未爆弹药处理等领域具有巨大的潜力。作为在复杂、不确定甚至极端的水下环境中支持远程巡航和完成指定任务的最重要的能力，无人水下航行器的运动控制受到了工程技术人员和学者的广泛关注。

目前的研究成果中，在考虑存在长时间延迟和洋流的不规则分布的条件下，大部分方法所解决问题的焦点主要集中于提升UUV的鲁棒性和系统建模引起的不确定性，采用比例积分微分滑模控制方法解决了欠驱动的鲁棒轨迹跟踪控制问题。但是在现有的水下航行器深度跟踪控制技术(也即：水下航行器纵平面跟踪控制技术)中，在抑制海洋干扰和时滞时，其滑模控制器在扰动环境下工作，控制器状态需要在每一采样时刻都进行更新，进而使执行器动作不断发生变化，，此时会给系统带来极大的能耗和执行器磨损，因此，以上问题亟需解决。

发明内容

本发明目的是为了解决现有无人水下航行器(UUV)深度跟踪控制方法能耗高，且存在对执行器磨损大的问题，本发明提供了一种纵平面跟踪无人水下航行器的模糊事件触发滑模控制方法。

纵平面跟踪无人水下航行器的模糊事件触发滑模控制方法，该方法用于对无人水下航行器在纵平面内的轨迹进行跟踪控制，该方法包括如下过程：

S1、对无人水下航行器系统非线性模型进行解耦后，通过T-S模糊算法对解耦后的无人水下航行器系统非线性模型进行模糊处理，获得模糊后的系统模型t为时间；

S2、对模糊后的系统模型进行求解，获得系统状态x(t)；通过系统状态x(t)设置积分滑模面S(t)，再根据积分滑模面S(t)，求得等效滑模控制律；其中，为x(t)的一阶导；

S3、根据积分滑模面S(t)与系统状态x(t)，设置积分滑模控制器的事件触发机制的触发时刻；

S4、根据等效滑模控制律，构建积分滑模控制器；

S5、当满足事件触发机制的触发时刻时，触发积分滑模控制器对无人水下航行器在纵平面内进行驱动控制，使系统状态x(t)保持在预设滑模频带处，从而完成对水下航行器轨迹的跟踪控制。

本发明的优点：

针对含有时滞的无人水下航行器(UUV)系统，设计了一种事件触发积分滑模策略，可以使控制器处于间歇更新状态的同时，也可以保证系统的稳定性。

本发明在无人水下航行器(UUV)自身状态存在长时间延迟和工作环境中存在不规则的洋流分布的条件下，通过设定积分滑模面和时变阈值的事件触发机制来设计事件触发时刻对积分滑模控制器进行触发，实现对无人水下航行器系统状态(也即：航迹)的控制。本发明控制方法在对系统进行稳定的深度追踪控制的同时，由事件触发机制对积分滑模控制器进行触发，使积分滑模控制器在触发时刻更新，非触发时刻不进行，使其积分滑模控制器可间歇性状态更新，避免积分滑模控制器持续更新，降低了系统的能量损耗和执行器磨损。同时本发明方法还可通过所设计的积分滑模控制器解决其自身长时间延迟和洋流的不规则分布所导致的系统稳定性差的问题，提高系统的稳定性。

附图说明