一種基于自適應滑模控制的UUV路徑跟蹤方法技術
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及的是一種UUV路徑跟蹤方法，具體地說是一種欠驅動UUV在水平面內對期望路徑的跟蹤控制方法。
技術介紹
無人水下航行器(UnmannedUnderwaterVehicle,UUV)的路徑跟蹤控制，是實現UUV各種用途的重要技術基礎。深入研究UUV路徑跟蹤中存在的問題，對UUV控制理論和工程應用都具有重要的意義。目前，在欠驅動UUV路徑跟蹤控制方面，比較主流的一種思路是基于Serret-Frenet坐標系而建立運動學誤差方程，再結合誤差方程、動力學方程以及各種控制方法實現控制。其中，常見的控制算法包括反步法、模型預測控制、滑模變結構控制等。反步法對于鎮定復雜的強非線性、高耦合度系統有著顯而易見的優勢。然而，對不確定性和外部干擾較差的抵抗能力、多次求導而產生的導數膨脹以及存在奇異值等問題，正在制約著這種方法的應用。模型預測控制具有對模型中參數誤差滾動實時校正的能力，具有良好的魯棒性。但該種算法主要用于線性系統，對于類似UUV這樣復雜的非線性系統，仍然存在著非線性處理、實時性提升等問題的挑戰。而滑模變結構控制是一種魯棒性強、抗干擾能力強的控制算法，其抖振問題也可以通過使用合適的函數進行切換控制、設計參數自適應律等方法予以減弱。對于欠驅動UUV而言，由于橫向推力的缺失，使得UUV在完成對任意路徑的跟蹤時，需要由主推進器與垂直舵之間的耦合來實現。因此，只依靠欠驅動UUV的水平面動力學模型設計可以使系統鎮定的控制器將會很困難。哈爾濱工程大學的萬磊等人在2013年2月《電機與控制學報》第12卷第2期中發表了《欠驅動水下機器人航跡跟蹤控制》。本文章針對欠驅動...
【技術保護點】
一種基于自適應滑模控制的UUV路徑跟蹤方法，其特征是：步驟一、初始化：為UUV的各種自適應參數ki,λi賦初值，其中,ki為滑模控制的切換增益參數，λi為滑模控制的邊界層厚度參數，i＝1,2,3，并確定路徑跟蹤過程的理想速度為ud，定義更新次數t＝0；步驟二、獲取UUV的當前狀態：通過UUV自身的傳感器得到當前時刻狀態：u，v分別為縱向和橫向速度，r為艏搖角速度，x,y分別為UUV重心在固定坐標系{I}下的縱向坐標和橫向坐標，ψ為艏搖角，確定縱向速度誤差eu＝u?ud；步驟三、基于Serret?Frenet坐標系，建立欠驅動UUV水平面誤差方程，得到UUV重心在坐標{I}下的縱向位置偏差xe、橫向位置誤差ye以及航向偏差值ψe；步驟四、利用滑模控制方法，分別設計航速滑模控制律、位置滑模控制律以及艏相角滑模控制律，通過對推力Xprop，期望航速和轉矩Nprop的控制，使ud→0,xe→0,ψe→0；步驟五、更新切換增益和邊界層厚度的自適應律；步驟六、進行控制輸入飽和補償：電機和螺旋槳轉速n與推力Xprop的關系由下式得出：Xprop＝Cnn|n|??????(1)其中，Cn是固定系數；垂...
【技術特征摘要】
1.一種基于自適應滑模控制的UUV路徑跟蹤方法，其特征是：步驟一、初始化：為UUV的各種自適應參數ki,λi賦初值，其中,ki為滑模控制的切換增益參數，λi為滑模控制的邊界層厚度參數，i＝1,2,3，并確...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張偉，魏世琳，孫希勛，嚴浙平，周佳加，
申請(專利權)人：哈爾濱工程大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江;23
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