[发明专利]基于生物激励模型的UUV虚拟速度控制方法

摘要

基于生物激励模型的UUV虚拟速度控制方法，涉及一种UUV速度的控制方法。为了解决UUV速度的控制不稳定的问题。包括：获得虚拟速度；将当前的位置误差输入至生物激励模型进行平滑连续处理，获得新的位置误差，根据所述新的位置误差对虚拟速度进行处理，获得平滑连续的虚拟速度；将虚拟速度、海流速度与UUV当前实际航速相减后获得速度误差作为PID速度控制器的输入，PID速度控制器将输出作用在UUV模型上，得到UUV下一步的实际位置，根据得到实际位置对UUV进行控制；将UUV的实际位置与UUV运动规划输出的期望位置相比较，得到的位置误差项作为下一步生物激励模型的位置误差输入。本发明用于UUV在近水面或浅海区域航行时控制航速。

主权项

1.一种基于生物激励模型的UUV虚拟速度控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一：根据运动学模型建立欠驱动UUV三维空间运动时的速度非线性方程，得到UUV在固定坐标系{E}下与艇体坐标系{B}下速度间的关系；步骤二：根据步骤一得到的UUV速度间的关系,获得虚拟速度；步骤三：将当前的位置误差输入至生物激励模型进行平滑连续处理，获得新的位置误差，根据所述新的位置误差对步骤二中的虚拟速度进行处理，获得平滑连续的虚拟速度；所述生物激励模型为：其中f(eΔ)＝max(eΔ,0),g(eΔ)＝max(‑eΔ,0)；生物激励模型在任意输入情况下的输出的误差项总是保持在[‑D，B]范围内；ei为生物激励模型的输入，即：当前的位置误差，eΔ＝0‑ei为当前的位置误差的误差，Vi为生物激励模型的输出，即：新的位置误差，i＝ζ,η,ξ,ψ：ζ、η和ξ分别为UUV在固定坐标系{E}下三个位置分量，ψ为艏向角，eξ、eη和eζ分别表示在ξ、η和ζ三个位置上的误差，eψ为艏向角误差，˙表示求导；A、B和D分别为生物激励模型中的参数；平滑连续的虚拟速度U′c：k、kζ和kψ均为大于0的常数，ud、vd、wd和rd分别为UUV在艇体坐标系{B}下沿X方向移动、沿Y方向移动、沿Z方向移动、沿Z方向转动的期望速度；步骤四：将步骤三生成的虚拟速度、海流速度与UUV当前实际航速相减后获得速度误差作为PID速度控制器的输入，PID速度控制器将输出作用在UUV模型上，得到UUV下一步的实际速度；步骤五：将步骤四得到的UUV下一步的实际速度从艇体坐标系{B}下转换为固定坐标系{E}下，再积分，得到UUV的下一步的实际位置，根据得到实际位置对UUV进行控制；步骤六：将UUV的实际位置与UUV运动规划输出的期望位置相比较，得到的位置误差项作为下一步步骤三中生物激励模型的位置误差输入，转入步骤三。