[发明专利]基于生物速度调节的欠驱动AUV三维轨迹跟踪控制方法

摘要

本发明提供的是一种基于生物速度调节的欠驱动AUV三维轨迹跟踪控制方法。包括以下步骤：步骤1：AUV根据当前任务给定期望轨迹位置信息并获取当前的位置、姿态信息；步骤2：利用欠驱动UUV的数学模型得出位置、姿态误差变量；步骤3：采用定义虚拟速度误差变量的方法，计算出虚拟控制律；步骤4：通过生物启发模型完成对速度误差进行动态调节；步骤5：推导动态速度调节控制器。本发明方法能够对欠驱动AUV的速度误差进行动态调节，同时在避免传统反步法中艏向角误差等于90°时奇异值的同时，提高了控制器的性能，实现了在外界常值扰动下对时变三维轨迹的精确跟踪。

主权项

1.一种基于生物速度调节的欠驱动AUV三维轨迹跟踪控制方法，其特征是：步骤1、AUV根据当前任务，给定一个期望状态Xd(t)＝[xd(t),yd(t),zd(t),θd(t),ψd(t)]T，并通过所搭载的导航设备和传感器获取AUV的实际状态X(t)＝[x(t),y(t),z(t),θ(t),ψ(t)]T和速度V(t)＝[u(t),v(t),ω(t),q(t),r(t)]T信息，其中xd(t),yd(t),zd(t)和θd(t),ψd(t)为地面坐标下AUV的期望位置与姿态，x(t),y(t),z(t)和θ(t),ψ(t)为地面坐标下AUV的实际位置和姿态，u(t),v(t),ω(t)和q(t),r(t)为船体坐标系下的线速度和角速度；步骤2、利用步骤1中的得到的AUV实际状态，通过欠驱动AUV的数学模型和轨迹跟踪位置误差模型，计算出实际轨迹与期望轨迹之间的位置误差和姿态误差，将地面坐标信息转换为船体坐标信息；步骤3、基于步骤2中计算出的位置和姿态误差，采用定义虚拟速度误差变量的方法，将姿态跟踪控制转化为速度控制，计算出纵向速度虚拟控制律ud、纵倾角速度虚拟控制律qd和艏摇角速度虚拟控制律rd；步骤4、计算得出纵向速度误差eu，纵倾角速度误差eq和艏摇角速度误差er，并将这三个误差分别通入生物启发模型，通过设置生物启发模型中的参数，完成对速度误差的动态调节；步骤5、根据给定的数学模型和步骤4中经动态调节后得到的输出量，推导欠驱动AUV三维轨迹跟踪的动态速度调节控制器，包括纵向控制力矩τu的控制信号、纵倾控制力矩τq和艏摇控制力矩τr的控制信号，并对当前环境振动进行估计设计了自适应控制律，实现在外界常值扰动下对欠驱动AUV三维轨迹跟踪控制。