一种基于自适应滑模控制的UUV路径跟踪方法技术
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种UUV路径跟踪方法，具体地说是一种欠驱动UUV在水平面内对期望路径的跟踪控制方法。
技术介绍
无人水下航行器(UnmannedUnderwaterVehicle,UUV)的路径跟踪控制，是实现UUV各种用途的重要技术基础。深入研究UUV路径跟踪中存在的问题，对UUV控制理论和工程应用都具有重要的意义。目前，在欠驱动UUV路径跟踪控制方面，比较主流的一种思路是基于Serret-Frenet坐标系而建立运动学误差方程，再结合误差方程、动力学方程以及各种控制方法实现控制。其中，常见的控制算法包括反步法、模型预测控制、滑模变结构控制等。反步法对于镇定复杂的强非线性、高耦合度系统有着显而易见的优势。然而，对不确定性和外部干扰较差的抵抗能力、多次求导而产生的导数膨胀以及存在奇异值等问题，正在制约着这种方法的应用。模型预测控制具有对模型中参数误差滚动实时校正的能力，具有良好的鲁棒性。但该种算法主要用于线性系统，对于类似UUV这样复杂的非线性系统，仍然存在着非线性处理、实时性提升等问题的挑战。而滑模变结构控制是一种鲁棒性强、抗干扰能力强的控制算法，其抖振问题也可以通过使用合适的函数进行切换控制、设计参数自适应律等方法予以减弱。对于欠驱动UUV而言，由于横向推力的缺失，使得UUV在完成对任意路径的跟踪时，需要由主推进器与垂直舵之间的耦合来实现。因此，只依靠欠驱动UUV的水平面动力学模型设计可以使系统镇定的控制器将会很困难。哈尔滨工程大学的万磊等人在2013年2月《电机与控制学报》第12卷第2期中发表了《欠驱动水下机器人航迹跟踪控制》。本文章针对欠驱动...
【技术保护点】
一种基于自适应滑模控制的UUV路径跟踪方法，其特征是：步骤一、初始化：为UUV的各种自适应参数ki,λi赋初值，其中,ki为滑模控制的切换增益参数，λi为滑模控制的边界层厚度参数，i＝1,2,3，并确定路径跟踪过程的理想速度为ud，定义更新次数t＝0；步骤二、获取UUV的当前状态：通过UUV自身的传感器得到当前时刻状态：u，v分别为纵向和横向速度，r为艏摇角速度，x,y分别为UUV重心在固定坐标系{I}下的纵向坐标和横向坐标，ψ为艏摇角，确定纵向速度误差eu＝u‑ud；步骤三、基于Serret‑Frenet坐标系，建立欠驱动UUV水平面误差方程，得到UUV重心在坐标{I}下的纵向位置偏差xe、横向位置误差ye以及航向偏差值ψe；步骤四、利用滑模控制方法，分别设计航速滑模控制律、位置滑模控制律以及艏相角滑模控制律，通过对推力Xprop，期望航速和转矩Nprop的控制，使ud→0,xe→0,ψe→0；步骤五、更新切换增益和边界层厚度的自适应律；步骤六、进行控制输入饱和补偿：电机和螺旋桨转速n与推力Xprop的关系由下式得出：Xprop＝Cnn|n| (1)其中，Cn是固定系数；垂...
【技术特征摘要】
1.一种基于自适应滑模控制的UUV路径跟踪方法，其特征是：步骤一、初始化：为UUV的各种自适应参数ki,λi赋初值，其中,ki为滑模控制的切换增益参数，λi为滑模控制的边界层厚度参数，i＝1,2,3，并确...
【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，魏世琳，孙希勋，严浙平，周佳加，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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