一种欠驱动auv的模型预测对接控制方法技术

本发明专利技术公开了一种欠驱动auv的模型预测对接控制方法，包括：对接误差模型设计；对接控制器的设计，包括期望趋近角的设计和动力学控制器的设计。本发明专利技术针对一种常见的缺少横向和垂向驱动力的欠驱动AUV，采用USBL进行定位，获取喇叭口导向式对接装置上的四个应答器在载体坐标系中的坐标，并通过坐标变换得到AUV在固定坐标系中的位置和姿态，考虑USBL视角的约束，应用MPC优化了其对接过程中的期望趋近角，不仅实现了其三维空间内的对接控制，而且有效的缩短了对接距离。的缩短了对接距离。的缩短了对接距离。

【技术实现步骤摘要】
一种欠驱动auv的模型预测对接控制方法


[0001]本专利技术涉及自主水下航行器技术，具体涉及一种欠驱动auv的模型预测对接控制方法。

技术介绍

[0002]目前，自主水下航行器（AUV）在海洋开发中得到广泛的应用。当AUV要在水下执行给定任务时，首先通过母船对AUV进行布放，然后AUV对预先规划的路径进行跟踪控制来完成目标区域的勘察或探测，当任务完成后要对AUV进行回收，即返回母船进行能量补给、数据交换（下载探测数据或接受新的任务）和检修等工作。传统的回收方法是当AUV返回并靠近母船时，采用吊车等设备将其吊起进行回收，但是这种方法不仅会增加船员的工作量，而且自动化程度较低，所以如何实现AUV的自主回收是目前的一个研究热点。目前典型的回收方式主要有：平台式、导向式、捕捉式、鱼雷发射管式等，其中喇叭口导向式回收装置较简单，可靠性和实用性较好，可以实现AUV的自主回收，应用较为广泛。
[0003]AUV自主回收的难点主要有两个，一是AUV的导航定位问题，因为AUV在回收过程中要实时的获取自身的位置和姿态。导向式回收方式一般将回收分为回坞和对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种欠驱动auv的模型预测对接控制方法，其特征在于，包括：对接误差模型设计；对接控制器的设计，包括期望趋近角的设计和动力学控制器的设计。2.根据权利要求1所述的欠驱动auv的模型预测对接控制方法，其特征在于，所述对接误差模型设计包括：设置了两个坐标系，一个为载体坐标系，其原点定义在AUV的浮心O处，另一个为固定坐标系，其原点定义在导向式对接装置喇叭口的中心E处；载体坐标系的x轴指向前方、y轴指向右侧、z轴指向下方，固定坐标系的ξ轴指向前方与对接路径重合、η轴指向右侧的应答器2、ζ轴指向下方的应答器4；对接误差模型可以简化为
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(1)式（1）中，为AUV在中的位置和姿态，即对接误差，代表AUV在中的坐标、θ为AUV的纵倾角、ψ为AUV的艏摇角；代表AUV在中的速度，u为纵向速度、v为横向速度、w为垂向速度、q为纵倾角速度、r为艏摇角速度；为到的旋转变换矩阵，首先通过USBL接收器获取4个应答器在中的坐标，它们与对接误差满足关系式（2），
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(2)式（2）中，为USBL接收器获取的4个应答器的坐标，l为
USBL接收器与浮心O的距离，为4个应答器在中的坐标，为4个应答器在中的坐标；对接装置喇叭口的半径为1米，所以；通过关系式可得
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(3)通过关系式可得
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(4)通过关系式可得
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(5)。3.根据权利要求1所述的欠驱动auv的模型预测对接控制方法，其特征在于，所述期望趋近角的设计包括：设计导引律生成艏摇角和纵倾角的期望值，即期望趋近角；采用如下LOS导引律
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(6)
式（6）中为垂直面趋近角，为水平面趋近角，和为前视距离；采用MPC设计导引律来对期望趋近角进行优化，纵倾角和艏摇角对期望趋近角的误差方程可以近似为以下微分方程
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(7)式（7）中为可调时间常数，其中；根据对接误差模型（1），横向和垂向的对接误差方程可以简化为
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(8)式（8）中，当时可以简化为，当时可以简化为；将式（7）和式（8）合并，则对接控制可以等价为如下误差...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓伟，蒋晓刚，郑海娟，朱家梁，李遂意，陈晓华，黄卫萍，何钧钧，
申请(专利权)人：九江职业技术学院，
类型：发明
国别省市：