【技术实现步骤摘要】
一种水下航行器的轨迹跟踪控制方法
本专利技术涉及水下机器人控制
，具体地说，涉及一种水下航行器的轨迹跟踪控制方法。
技术介绍
深海海底科学的发展高度依赖于深海探测技术和装备，由于深海环境复杂、条件极端，目前主要采用深海作业型自主水下航行器代替或辅助人对深海进行探测、观察和采样。而针对海洋资源探索、海底调查和海洋测绘等人类无法到达现场操作的任务场景，保证AUV水下运动的自主性和可控性是一项最基本且重要的功能要求，是实现各项复杂作业任务的前提。然而，AUV的许多离岸应用(例如轨迹跟踪控制、目标跟踪控制等)极具挑战性，这种挑战性主要由AUV系统以下三方面的特性导致。第一，AUV作为一种多输入多输出系统，其动力学和运动学模型(以下简称模型)复杂，具有高度非线性、强耦合、存在输入或状态约束和时变等特点；第二，模型参数或水动力环境存在不确定性，导致AUV系统建模较为困难；第三，当前大部分AUV属于欠驱动系统，即自由度大于独立执行器的数量(各独立执行器分别对应一个自由度)。通常，通过数学物理机理推导、数值模拟和实物实验相结合...
【技术保护点】
1.一种水下航行器的轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)从导航系统中得到航行器的当前位置和航向角度，并计算航行器当前的位置误差η
【技术特征摘要】
1.一种水下航行器的轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)从导航系统中得到航行器的当前位置和航向角度，并计算航行器当前的位置误差η1e；
2)通过位置误差η1e和航行角度得到航行器当前的期望速度vd；
3)根据期望速度vd得到航行器的控制向量τ*；
4)根据控制向量τ*控制航行器内部驱动机构的运行参数，从而控制航行器的行驶状态。
2.根据权利要求1所述的水下航行器的轨迹跟踪控制方法，其特征在于，步骤1)中通过以下方式计算航行器当前的位值误差η1e：
1-1)定义以航行器的重心为原点的世界坐标框架{N}＝(xn,yn,zn)和体坐标系{B}＝(xb,yb,zb)，xb，yb,zb分别代表纵向轴、横向轴和法向轴的轴；
1-2)建立航行器在三维空间中运动的运动学和动力学模型分别为：
其中，η1＝[xyz]T表示在世界坐标系下xn、yn、zn三个方向的位移，即航行器的位置，η2＝[φθψ]T表示世界坐标系下滚动、俯仰和偏航的角度；v1＝[uvw]T，v2＝[pqr]T表示体坐标系下xb、yb、zb三个方向的速度与滚动，俯仰和偏航的角速度，g(η)是恢复力和力矩矢量，M为刚体惯性质量和力矩MRB与流体力学附加质量和力矩MA之和，MRB＝diag(m,m,m,Ix,Iy,Iz)，C(v)为科里奥利矩阵，D为阻尼矩阵，D＝diag(Xu,Yv,Zw,Kp,Mq,Nr)，J(η)为旋转矩阵，其中R＝Rz,ψRy,θRx,φ，且有：
1-3)定义以航行器的中心为原点的体坐标系，在体坐标系下定义位置误差η1e：
η1e＝RT(η1-η1d)
其中，η1d(t)：[0→∞)，表示在世界坐标系下航行器期望的位置。
3.根据权利要求2所述的水下航行器的轨迹跟踪控制方法，其特征在于，步骤2)包括：
将位置误差η1e对时间求导，即
定义速度追踪误差ve＝v-vd；以此求得航行器当前的期望速度vd。
4.根据权利要求2所述的水下航行器的轨迹跟踪控制方法，其特征在于，步骤1-3)中，在体坐标系下定义位置误差η1e时，包括ψ...
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