The invention discloses an adaptive finite time control method for underwater robot. By establishing an inertial coordinate system model of the underwater robot, that is, the kinematic model of the underwater robot inertial coordinate system, and then designs the extended state observer of the underwater robot, and the adaptive finite time controller is set up. Complete the control of the underwater vehicle. In this method, the adaptive finite time controller is designed to control the underwater robot, and the uncertainty of the system is considered. The control method is robust, can obtain higher control precision and faster corresponding speed, and is convenient for engineering implementation.
【技术实现步骤摘要】
一种水下机器人自适应有限时间控制方法
本专利技术涉及一种水下机器人控制方法,具体涉及一种水下机器人自适应有限时间控制方法。
技术介绍
随着空间探测的不断深入,空间技术也得到了越来越多的发展,作为验证地面空间技术的必要步骤,微重力仿真技术受到国内外越来越多的广泛关注;水下机器人平台提供了一个稳定的微重力环境用来模拟空间中机械设备所处环境,同时,六自由度水下机器人结构之间的耦合性很强,模型的非线性也很高;此外,由于受到水流速度,以及水流粘性阻力等外部扰动的影响,导致比一般机械设备控制难度更高。当前针对水下机器人的控制策略大多只能获得渐近稳定结果,而且鲁棒性能较差,而对于六自由度水下机器人的强耦合性,强非线性以及复杂的外部扰动,提高系统的鲁棒性能,控制精度以及响应速度具有十分重要的意义;为了进一步提高控制精度以及提高响应速度,同时提高系统的鲁棒性能,我们采用基于扩张状态观测器的自适应有限时间控制策略,来获得有限时间稳定结果。对于传统的自抗扰控制策略,主要包括以下三部分:跟踪微分器,非线性反馈控制律以及扩张状态观测器。跟踪微分器能够合理安排过渡过程,产生给定信号的跟踪信号和微分信号。扩张状态观测器是自抗扰控制器的核心部分,其核心思想是把模型不确定性引起的内部扰动和环境引起的外部扰动都归结为系统的“总扰动”而进行实时估计并给予补偿。同时,非线性的自抗扰控制策略从控制性能上优于线性自抗扰控制方法,但是同样无法获得有限时间稳定结果。目前或的有限时间稳定结果的控制方法主要有滑模控制方法,虽然滑模控制方法有很好的鲁棒性能,同时能够获得有限时间稳定结果提高控制精度,但是,滑模 ...
【技术保护点】
1.一种水下机器人自适应有限时间控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S1,建立水下机器人的动力学和运动学模型,并且建立其惯性系下运动学方程:
【技术特征摘要】
1.一种水下机器人自适应有限时间控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S1,建立水下机器人的动力学和运动学模型,并且建立其惯性系下运动学方程:步骤S2,设计水下机器人的跟踪微分器为:其中s1(t)跟踪理想位置的微分信号为ηd(t),s2(t)跟踪理想位置的微分信号为κ和h0是可调的正数;步骤S3,构建水下机器人的扩张状态观测器;步骤S4,确定水下机器人的跟踪误差,并且基于跟踪误差和扩张状态观测器建立水下机器人自适应有限时间控制器为τic(t)=-ψi(t)n+1ri(t)(n+1)dKiξi,j(t)+zi3(t),其中Ki是控制器增益向量,zi3(t)是扩张状态观测器观测到的未知扰动信息用于实时补偿系统内部的不确定性以及变化的外部扰动;并且最终得到控制力矩τic(t),并且通过步骤S1中的惯性系下运动学方程对水下机器人进行控制。2.根据权利要求1所述的水下机器人自适应有限时间控制方法,其特征在于,所述步骤S1中水下机器人的动力学和运动学模型分别为:其中MRB表示机体惯性矩阵,CRB表示机体科里奥氏力矩阵,MAM表示与机体相关的水流介质惯性矩阵,CAM表示与机体相关的水流介质科里奥氏力矩阵,Dr(vr(t))v(t)是粘性阻力,g(η(t))为负浮力;τc(t)代表控制力矩;J(η(t))代表雅克比矩阵;η(t),v(t)和vr(t)=v(t)-vc(t)分别表示体坐标系下机体位置,速度和体坐标系下相对流体的广义速度,vc(t)...
【专利技术属性】
技术研发人员:袁源,王英杰,袁建平,
申请(专利权)人:西北工业大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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