The vertical control method of the present invention relates to an underwater robot, including depth and pitch angle of cascade control cascade control; the depth of cascade control and pitch cascade control adopts two first-order ADRC: the outer ring of the first-order ADRC and inner first-order ADRC controller; the depth of the cascade control comprises the following steps: depth as the feedback signal is transmitted to the outer ring of the first-order ADRC, the output value is given as a vertical velocity control loop, and then through a loop order ADRC control of vertical force; the longitudinal inclination of the cascade control includes the following steps the pitch angle as the feedback signal is transmitted to the outer ring of the first-order ADRC, the output value as the given pitch rate control loop, and then through a loop order ADRC control vertical torque The vertical control force and the vertical control torque act on the underwater robot. The invention can increase the anti-interference ability of the underwater robot, reduce the influence of the hysteresis in the water control, and realize the fast and stable control of the underwater robot on the vertical surface.
【技术实现步骤摘要】
一种水下机器人的垂直面控制方法
本专利技术涉及一种水下机器人的垂直面控制方法,属于水下机器人控制
技术介绍
水下机器人是一种集时变、耦合、时延的非线性复杂系统。由于作业环境中存在的风、浪涌、流等恶劣的外在影响因素及难以得到精确的运动学模型的内在因素,使得水下机器人的控制变得困难重重。水下机器人的垂直面运动是空间运动中非常普遍而重要的一环,常用于航行、上浮下潜、悬停等,因此具有显著的应用价值和研究意义。水下机器人常用的控制方法比例-积分-微分(PID)控制,具有简单易用的特点,但在存在明显滞后、干扰强烈的环境下,控制精度和鲁棒性受到较大影响。随着水下机器人控制需求的日益增长,许多先进的控制方法应用到水下机器人的控制中,例如鲁棒控制、滑模变结构控制、神经网络控制、自抗扰控制等。鲁棒控制主要用于处理内部不确定性,对外部的抗干扰能力不强;滑模变结构控制能处理内外部的干扰,但较难彻底去除高频抖振现象;神经网络控制在工程实现上较为复杂,控制过程中存在滞后;自抗扰控制利用扩张状态观测器将系统内外部扰动统一为总扰动进行观测估计,并进行实时补偿,且工程实现上简单易行。串级控制通过内环的快速控制具有较强的抗干扰能力,同时也能减弱滞后的影响。将串级控制和自抗扰控制技术相结合能发挥各自优势,大大提高控制的快速性、稳态性能及抗扰能力。因此,研究实用工程化的水下机器人垂直面控制方法,提高水下机器人的控制精度和抗干扰能力,是当前水下机器人运动控制中的一个重要热点问题。
技术实现思路
本专利技术针对传统控制方法的弱点,提出了一种基于自抗扰控制技术和串级控制的水下机器人的垂直面控制方 ...
【技术保护点】
一种水下机器人的垂直面控制方法,其特征在于,所述垂直面控制包括深度串级控制和纵倾角串级控制;所述深度串级控制和纵倾角串级控制均采用两个一阶自抗扰控制器:外环一阶自抗扰控制器和内环一阶自抗扰控制器;所述深度串级控制包括以下步骤:将深度作为反馈信号传送给外环一阶自抗扰控制器,输出值作为垂向速度控制内环的给定值,然后通过内环一阶自抗扰控制器得到垂直控制力;所述纵倾角串级控制包括以下步骤:将纵倾角作为反馈信号传送给外环一阶自抗扰控制器,输出值作为纵倾角速率控制内环的给定值,然后通过内环一阶自抗扰控制器得到垂直控制力矩;将垂直控制力和垂直控制力矩作用于水下机器人。
【技术特征摘要】
1.一种水下机器人的垂直面控制方法,其特征在于,所述垂直面控制包括深度串级控制和纵倾角串级控制;所述深度串级控制和纵倾角串级控制均采用两个一阶自抗扰控制器:外环一阶自抗扰控制器和内环一阶自抗扰控制器;所述深度串级控制包括以下步骤:将深度作为反馈信号传送给外环一阶自抗扰控制器,输出值作为垂向速度控制内环的给定值,然后通过内环一阶自抗扰控制器得到垂直控制力;所述纵倾角串级控制包括以下步骤:将纵倾角作为反馈信号传送给外环一阶自抗扰控制器,输出值作为纵倾角速率控制内环的给定值,然后通过内环一阶自抗扰控制器得到垂直控制力矩;将垂直控制力和垂直控制力矩作用于水下机器人。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述外环一阶自抗扰控制器采用离散方程形式,设计如下:其中,其中,r0是决定v1跟踪目标值v快慢的速度因子,r0值越大,过渡过程越快;e是状态估计量z11和状态量x1的差值,扩张状态观测器使得状...
【专利技术属性】
技术研发人员:姜志斌,刘铁军,贾松力,徐会希,石凯,
申请(专利权)人:中国科学院沈阳自动化研究所,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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