【技术实现步骤摘要】
一种考虑输入量化的自适应预设性能轨迹跟踪控制方法
[0001]本专利技术属于水下机器人运动控制
，具体地，涉及一种考虑输入量化的自适应 预设性能轨迹跟踪控制方法。
技术介绍
[0002]水下航行器是一个拥有自主作业以及自主航行能力的小型水下任务平台，其在水产养 殖、环境监测以及海洋探测等方面展现了潜在的应用价值。作为一项重要的AUV的技术， 轨迹跟踪控制能使得目标跟踪参考的轨迹达到令人满意的性能。
[0003]本专利技术利用预设性能方法，利用映射函数将有约束的控制问题转化为无约束控制问 题；在此基础上使用最小参数学习法(MLP)来解决未建模的水动力以及环境干扰的影 响，有效地避免了微分爆炸现象，减少了计算复杂性；使用磁滞量化器将使得数据传输的 频率以及量化误差极大程度减少。
技术实现思路
[0004]针对建模的水动力、洋流干扰以及量化输入的自适应预设性能轨迹跟踪控制问题，利 用基于指定滤波的反步法和最小参数学习算法，提出了一种考虑输入量化的自适应预设性 能轨迹跟踪控制方法，有效地避免了神经网络所...
【技术保护点】
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种考虑输入量化的自适应预设性能轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1：通过传感器获得欠驱动水下航行器的运动状态信息，搭建欠驱动水下航行器5自由度数学模型，所述数学模型包括自由度运动学以及动力学模型；步骤2：根据欠驱动AUV轨迹跟踪动力学误差，建立动力学误差模型；步骤3：利用映射原理将受限的跟踪误差变为非受限的状态量，预设性能误差转换，得到转化后的误差动力学公式；步骤4：设计控制器；基于反步法流程，设计虚拟控制律指令；步骤5：稳定性分析证明，证明闭环系统的渐近稳定性。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：在步骤1中，步骤1.1：通过串口接受位置传感器、姿态传感器的输出数据信息，分别根据相应传感器的通讯协议，对接收到的数据串进行校验、解码，并获得水下航行器的运动状态信息；步骤1.2：搭建欠驱动水下航行器5自由度运动学以及动力学模型：步骤1.2：搭建欠驱动水下航行器5自由度运动学以及动力学模型：其中，公式(1)表示惯性坐标系的位置，公式(2)表示惯性坐标系下横摇和艏摇的角度方向；m
ii
，i＝1,2,3,4,5,6，定义为欠驱动水下航行器的正惯性质量。f
u
,f
v
,f
w
,f
q
和f
r
计算公式为：
其中d
ii
,i＝1,...,6表示水动力系数；ρg是该AUV的浮力；GM
L
代表重心和浮心的连线距离其中d
ii
,i＝1,...,6表示水动力系数；ρg是该AUV的浮力；GM
L
代表重心和浮心的连线距离。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于：在步骤2中，步骤2.1：欠驱动AUV轨迹跟踪动力学误差计算公式为：[x
e
,y
e
,z
e
]
T
＝J[x
‑
x
d
,y
‑
y
d
,z
‑
z
d
]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)其中x
d
,y
d
,z
d
为期望的位置；J为从惯性坐标系到随体坐标系的旋转矩阵，J定义为：步骤2.2：通过公式(5)、(6)，位置误差表达式为：将公式(7)两端取微分运算：
得到跟踪误差ρ
e
,θ
e
和φ
e
的定义式：推导出位置误差为：求导得到跟踪误差动力学：其中Φ
u
,Φ
q
,Φ
r
均为已知的函数，其定义为：4.根据权利要求1所述方法，其特征在于：在步骤3中，利用映射原理将受限的跟踪误差变为非受限的状态量，映射函数定义为：其中α
e
,α＝ρ,θ,φ；α
e,0
,α
e,∞
和σ
α
均为正整数，满足α
e,∞
≤α
e,0
；将公式(13)进行微分：
其中得到转化后的误差动力学公式：得到转化后的误差动力学公式：5.根据权利要求1所述方法，其特征在于：在步骤4中，步骤4.1：基于反步法流程，设计虚拟控制律指令λ
j
,j＝u,q,r；其中k
i
技术研发人员：张磊，郑宇鑫，黄兵，毛磊，刘涛，庄佳园，沈海龙，苏玉民，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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