[发明专利]基于辅助动态系统的可底栖式AUV自适应终端滑模轨迹跟踪控制方法

说明书

基于辅助动态系统的可底栖式AUV自适应终端滑模轨迹跟踪控制方法，本发明涉及可底栖式AUV自适应终端滑模轨迹跟踪控制方法。本发明的目的是为了解决现有方法对可底栖式AUV的轨迹跟踪控制精度低的问题。基于辅助动态系统的可底栖式AUV自适应终端滑模轨迹跟踪控制方法过程为：步骤一、建立AUV运动学方程；步骤二、基于步骤一建立的AUV运动学方程，定义位姿误差模型变量；步骤三、基于步骤一建立的AUV运动学方程和步骤二定义的位姿误差模型变量，建立AUV误差模型；步骤四、设计控制律控制步骤三建立的AUV误差模型。本发明用于AUV轨迹跟踪控制领域。

技术领域

本发明涉及可底栖式AUV自适应终端滑模轨迹跟踪控制方法。

背景技术

作为目前海洋自主式智能体的典型代表，自主式水下机器人(AutonomousUnderwater Vehicles,AUV)具有重量小、自主性强和运动灵活和控制精度高等优点，已经在民用、军事和工业领域得到了广泛的应用。可底栖式AUV是一种可以坐于海底的AUV，释放后可自主航行至海底指定位置，长期坐底采集海底地震等数据；作业完成后可自行上浮至指定海域，由母船进行统一打捞回收。可底栖式AUV在航行到距离海底200m高度时，开始进行曲线轨迹跟踪控制任务。该跟踪过程除了受到外界干扰的影响，其控制精度和稳定性同时还受到其他多种因素影响，导致对可底栖式AUV的轨迹跟踪控制精度低。可底栖式AUV是一个强非线性系统，该模型具有模型参数不确定性；考虑实际系统运行时，其控制执行结构受到物理因素的影响，即系统受到输入饱和的限制。研究同时考虑外界干扰、模型参数不确定性和输入饱和条件的AUV运动控制方法更加符合可底栖式AUV的实际工况。

因此，本发明专利针对多条件影响下的可底栖式AUV轨迹跟踪控制问题，设计了基于辅助动态系统(auxiliary dynamic system,ADS)自适应终端滑模控制方法的AUV轨迹跟踪控制器，证明了所设计控制器在有限时间收敛，并通过仿真对比试验对本控制算法进行了验证。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有方法对可底栖式AUV的轨迹跟踪控制精度低的问题，而提出基于辅助动态系统的可底栖式AUV自适应终端滑模轨迹跟踪控制方法。

基于辅助动态系统的可底栖式AUV自适应终端滑模轨迹跟踪控制方法具体过程为：

步骤一、建立AUV运动学方程；

步骤二、基于步骤一建立的AUV运动学方程，定义位姿误差模型变量；

步骤三、基于步骤一建立的AUV运动学方程和步骤二定义的位姿误差模型变量，建立AUV误差模型；

步骤四、设计控制律控制步骤三建立的AUV误差模型。

本发明的有益效果为：

本发明设计的控制器具有更快的收敛速度和更好的鲁棒性，相比NFFTMC控制器位姿收敛时间缩短43％。同时相比于不考虑输入饱和的控制器，本发明控制器在应用ADS 控制方法在执行器输出接近临界时，过渡更加平缓，且在收敛的整个阶段，执行器输出更加稳定。因此，本发明设计的控制器相比现有方法能够达到更好的控制效果，可以更好的实现可底栖式AUV轨迹跟踪的控制目标，提高了对可底栖式AUV的轨迹跟踪控制精度。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为AUV三维轨迹跟踪曲线

图3为AUV纵向跟踪误差响应曲线图；

图4为AUV横向跟踪误差响应曲线图；

图5为AUV垂向跟踪误差响应曲线图；

图6为AUV偏航角跟踪误差响应曲线图；

图7为AUV俯仰角跟踪误差响应曲线图；

图8为AUV纵向速度响应曲线图；