[发明专利]一种基于T-S模型和PDC的UUV垂直面运动H∞控制方法

摘要

本发明属于水下运动体控制技术领域，具体涉及一种基于T‑S模型和PDC的UUV垂直面运动H_∞控制方法。本发明包括建立UUV垂直面运动模型，包括UUV深度控制模型和UUV纵倾控制模型；利用T‑S模型对UUV的深度及纵倾系统进行建模；基于并行分布补偿PDC方法设计H_∞控制器；运用深度‑纵倾协调控制变深的方法控制UUV的下潜，以保证纵倾角满足设计要求。通过建立基于T‑S模型的UUV的深度及纵倾模型，并且基于并行分布补偿(PDC)方法设计垂直面运动H_∞控制器，利用深度‑纵倾协调控制变深的方法控制UUV的下潜，解决UUV下潜过程中纵倾角过大的问题，以保证UUV作业的安全性。

主权项

1.一种基于T‑S模型和PDC的UUV垂直面运动H∞控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立UUV垂直面运动模型，包括UUV深度控制模型和UUV纵倾控制模型；UUV垂直面运动模型为垂向方程：纵倾方程：姿态方程：运动关系式：式中，m为UUV质量；L为UUV的长度；ρ为海水密度；B为UUV所受的浮力；u、v、w为UUV纵向、横向和垂向分速度；q、p、r为UUV纵倾、横倾和垂向角速度；x、y、z为UUV纵荡、横荡和垂荡位移；xG、yG、zG为UUV纵向、横向和垂向重心；φ为UUV横摇角、θ为UUV纵倾角、ψ为UUV艏摇角；δs为水平舵舵角；X、Y、Z为UUV纵向、横向和垂向作用力；K、M、N为UUV纵向、横向和垂向作用力矩；Z′(·)、M′(·)为无因次水动力系数，I(·)为艇体坐标系下对轴的转动惯量；重心与浮心坐标分别为(0,0,0)、(0,0,zB)；J为UUV对原点不在重心坐标系的惯量矩阵，(2)利用T‑S模型对UUV的深度及纵倾系统进行建模；UUV深度及纵倾控制系统含有扰动的非线性系统的状态空间描述为：式中，x(t)∈Rn为状态变量；u(t)∈Rm为控制输入变量；w(t)∈Rq,w(t)∈L2(R)为外界扰动；f(t)为非线性函数；用如下T‑S模糊系统逼近上述UUV垂直面子系统，规则如下：Ri:if ξ1(t) is Mi1 and ξ2(t) is Mi2...and ξp(t) is Mipz(t)＝Cx(t)+Du(t)式中，ξi(t),i＝1,2,...,r模糊规则的前件变量；Mij(j＝1,2,…,p)为模糊集合；r为规则个数；(Ai,Bi,H)为第i个子系统相应维数的矩阵；Ri为模糊系统的第i条规则；C,D为被控输出相应维数的矩阵，得到UUV垂直面子系统的全局模糊模型：其中，βi(ξ(t))表示ξ(t)属于模糊集合Mij的隶属函数，同时也表示第i条规则的适用度；hi(ξ(t))表示规范化隶属度函数；(3)基于并行分布补偿PDC方法设计H∞控制器；模糊系统为：得到模糊控制结构：全局系统模糊控制器为：闭环系统为：其中，(4)运用深度‑纵倾协调控制变深的方法控制UUV的下潜，以保证纵倾角满足设计要求。