The invention discloses a dynamic state feedback control method based on the course motion of autonomous underwater vehicle. The technical scheme of the invention is as follows: firstly, according to the characteristics of the course motion model of autonomous underwater vehicle, the course motion model of the AUV system is constructed, which is coupled with the longitudinal velocity; secondly, according to the controllability criterion of modern control theory, it is judged whether the system can realize arbitrary pole placement, and the analysis can prove that such models are completely controllable, that is, the pole arbitrary placement can be realized. The desired characteristic equation is obtained by presupposing the desired pole; at the same time, the two control parameters are substituted into the control law as unknown variables to obtain the characteristic equation containing the control parameters; the method of obtaining the key control parameters by combining the expected characteristic equation with the characteristic equation containing the control parameters. This control method is a simple and universal second-order AUV course dynamic state feedback control method, which can also be extended to other AUV systems with two vertical rudders to control the course.
【技术实现步骤摘要】
基于自主水下机器人航向运动的动态状态反馈控制方法
本专利技术设计是一种航向运动控制技术,特别是指自主水下机器人系统控制执行机构为垂直舵,采用纵向速度动态调整状态反馈控制参数的一种方法。
技术介绍
精确的航向运动控制是自主水下机器人(AUV-AutonomousUnderwaterVehicle)完成水下作业任务的关键,如水下路径跟踪、水下采样、水下焊接等任务,有着重要的作用与意义。然而,AUV系统航向运动模型具有较强的复杂性、非线性与耦合性、外界环境干扰较难描述等特点,增加了AUV系统航向运动控制策略设计的难度。AUV系统航向控制与纵向速度有着较强耦合关系,相互干扰,导致系统航向控制精度变差;且由于AUV系统自身的流行曲线,AUV系统在近水面航行时系统表面积均受外界波浪力影响,为了保证系统具有良好的控制品质,系统控制策略应具有较强的抵抗外界波浪力的能力。目前国内外关于AUV航向运动控制的控制策略,多以PID(ProportionalIntegralDerivative,比例积分微分)控制或其他自适应控制为主。由于AUV系统航向运动模型是一种强耦合于纵向速度的系统,且模型表述形式复杂,系统运动控制方法多计算量大导致系统运动控制反应迟缓。许多专家采用PID控制方法,在AUV外场试验中系统运动控制多采用分段PID控制方法,所谓分段是根据纵向速度不同设置不同的PID控制参数组,各控制参数组需在不同纵向速度下试验获得,故可能需要大量试验才能确定各航速段对应的控制参数,且无法解决纵向速度对航向运动的耦合影响。附图1为PID控制下AUV系统航向运动控制输出结果图,分析附 ...
【技术保护点】
1.一种基于自主水下机器人航向运动的动态状态反馈控制方法,其特征在于:动态调整状态反馈控制参数,消弱自主水下机器人纵向速度对其航向运动的耦合影响,提高自主水下机器人系统抗干扰能力与自适应于被控对象能力,控制方法通用性强,且只有两控制参数kr kψ,该方法包含以下步骤:(1)构建自主水下机器人系统航向运动模型,根据自主水下机器人系统航向运动控制特点,构建航向运动状态方程
【技术特征摘要】
1.一种基于自主水下机器人航向运动的动态状态反馈控制方法,其特征在于:动态调整状态反馈控制参数,消弱自主水下机器人纵向速度对其航向运动的耦合影响,提高自主水下机器人系统抗干扰能力与自适应于被控对象能力,控制方法通用性强,且只有两控制参数krkψ,该方法包含以下步骤:(1)构建自主水下机器人系统航向运动模型,根据自主水下机器人系统航向运动控制特点,构建航向运动状态方程(2)根据能控性判据知系统完全能控,可实现极点的任意配置,预设期望极点为λr、λψ,从而得到加入状态反馈后,系统期望特征方程为E(λ)=λ2-(λr+λψ)λ+λrλψ;(3)设置待求控制参数krkψ构建状态反馈控制律δr(t)=krer+kψeψ,将控制律代入条件(1)中航向运动状态方程,得到加入控制律后的特征方程为E(λ)=λ2-(a+bkr)λ-bkψ;(4)对比条件(2)的期望特征方程与条件(3)的加入状态反馈控制律的特征方程,可得控制参数krkψ为(5)确定状态反馈控制律ψ——为自主水下机器人航向角,单位度;r——为航向角速度,单位弧度/秒;eψ——为自主水下机器人航向角误差即实际航向角与期望航向角的差,单位度;er——为自主水下机器人航向角速度误差即实际航向角速度与期望航向角速度的差,单位度;Nr——系统非线性水动力系数,无单位;Nδ——系统非线性水动力系数,无单位;——加速度水动力参数,无单位;Izz——转动惯...
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