自主型水下航行器自适应反演控制方法技术

本发明专利技术公开了一种自主型水下航行器自适应反演控制方法，用于解决现有自主型水下航行器控制方法控制精度差的技术问题。技术方案是基于AUV的纵倾运动模型，综合应用Lyapunov方法和反演技术设计了非线性自适应跟踪控制器，将得到的压载舱质量作为参考输入，利用反演法设计压载舱质量伺服控制器，设计自适应律对不确定性进行使AUV能够全局渐近跟踪深度参考指令。本发明专利技术构造Lypunov函数设计控制器，相比背景技术方法误差最终能收敛到零，所采用自适应反演控制方法响应速度快，稳定和动态跟踪性能良好，提高了控制精度。

Self-adaptive inversion control method for autonomous underwater vehicle

The invention discloses an adaptive backstepping control method for autonomous underwater vehicle, which is used to solve the technical problem of poor control accuracy of the existing autonomous underwater vehicle. The technical scheme is AUV pitch motion model based on the comprehensive application of Lyapunov method and the inversion technique of nonlinear adaptive tracking controller is designed, the ballast design quality as the reference input, using the inversion method of ballast tank quality servo controller, design of adaptive law uncertainty can make AUV depth reference instruction global asymptotic tracking. The Lypunov function design controller is constructed. Compared with the background technology, the error can finally converge to zero. The adaptive inversion control method has fast response speed, stable and dynamic tracking performance, and improves the control accuracy.

【技术实现步骤摘要】
自主型水下航行器自适应反演控制方法
本专利技术涉及一种自主型水下航行器控制方法，特别涉及一种自主型水下航行器自适应反演控制方法。
技术介绍
自主水下航行器(AUV)无论在民用还是军事方面都有广泛的应用，如在海洋资源调查、海洋救助与打捞、水下工程施工、海洋石油开采、军事和国防建设等诸多方面，己经产生了巨大的社会效益和经济效益。水下航行器多在未知海洋环境下执行任务，洋流、海浪、水质变化等不确定因素对水下航行器影响较大。研究如何在具有环境不确定因素的情形下进行AUV的运动控制具有重要的工程意义。文献《自主式水下航行器运动控制系统的设计》(马元，中国海洋大学，2014)利用数学运算推导出空间运动方程，提出鱼雷型水下航行器的建模方法，使分布式控制系统和PID控制算法相结合，在MATLAB仿真环境下验证了控制算法的有效性以及稳定性。但文献所用的PID控制算法由于其参数固定，而水下环境复杂多变，跟踪性能受到系统参数的影响较大，控制精度较差。
技术实现思路
为了克服现有自主型水下航行器控制方法控制精度差的不足，本专利技术提供一种自主型水下航行器自适应反演控制方法。该方法基于AUV的纵倾运动模型，综合应用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自主型水下航行器自适应反演控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、根据AUV的升沉运动，将纵向运动方程简化如下

【技术特征摘要】
1.一种自主型水下航行器自适应反演控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、根据AUV的升沉运动，将纵向运动方程简化如下式中，z是浮心在体坐标系下Oz轴上的距离，θ是俯仰角，vx、vz分别为体坐标系下的前向速度和纵向速度，wy为俯仰角速度，mb1、mb2分别为两个压载舱的质量，xb1、xb2分别为两个压载水舱距离浮心的距离，J2为惯性矩阵，Δh1、Δh2为每秒钟水舱中水的高度变化，V1、V2为水舱中水的体积，S为两个水舱的底面积，m0为AUV的净浮力，m1、m3为附加质量，u1、u2为两个压载舱的质量变化量，Fext_3＝-(Lcosα+Dsinα)、D＝(KD0+KDα2)(vx2+vz2)、L＝(KL0+KLα)(vx2+vz2)、Text_2＝(KM0+KMα+Kq2wy)(vx2+vz2)，L为升力，D为阻力，α为波浪传播方向与地面坐标系x轴正方向的夹角，KD0、KD为阻力相关系数，KL0、KL为升力相关系数，KM0、KM、Kq2为其他系数；步骤二、对简化后的非线性化运动方程进行自适应反演积分控制器设计假设θ∈(-π/2,π/2)，控制输入矩阵B已知，未知模型参数具有线性化形式：式中，为状态函数向量，Θ为参数向量，k，k1，k2表示在重力方向上的单位向量；定义系统输出向量y＝[zθ]T，常值参考输出向量yd＝[zdθd]T，定义输出跟踪误差e1＝y-yd，设计Lyapunov函数对Lyapunov函数求导有：

【专利技术属性】
技术研发人员：袁源，许斌，陈杰，凡永华，胡令令，
申请(专利权)人：西北工业大学，西北工业大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：陕西,61