基于ADRC的AUV级联反馈控制方法、系统、设备和介质技术方案

本发明专利技术涉及自动控制领域，特别涉及基于ADRC的AUV级联反馈控制方法、系统、设备和介质，所述方法包括如下步骤：建立具有俯仰角速度环、俯仰角环和深度环的级联反馈控制器；在所述俯仰角速度环中结合ADRC(自抗扰模块)，以利用ADRC中线性状态观测器提取AUV航行过程中的受到的扰动和参数摄动；对所述扰动和参数摄动进行估计和补偿，以将级联反馈控制器转化为标准形式。本发明专利技术将AUV传统级联反馈运动控制方法与ADRC结合，利用ADRC中线性状态观测器提取AUV航行过程中受到的扰动和参数摄动，作为“总扰动”估计出来，并适时进行补偿，将级联反馈控制器转化为标准形式，达到去扰和提高鲁棒性的目的。性的目的。性的目的。

【技术实现步骤摘要】
基于ADRC的AUV级联反馈控制方法、系统、设备和介质


[0001]本专利技术涉及自动控制领域，特别涉及基于ADRC的AUV级联反馈控制方法、系统、设备和介质。

技术介绍

[0002]AUV具有非线性度高、参数摄动大、外部环境干扰强等特点。在工程上，AUV的航行运动深度控制一般采用级联反馈形式的控制器(如附图1所示)。这一类型控制器具有设计简单、计算量小、环境适应性强等优点，但外界干扰比较强时，控制性能会下降。ADRC(自抗扰控制)对于解决控制对象无模型或仅有部分模型、物理参数大范围摄动、外部扰动有一定适用性。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出一种基于ADRC的AUV级联反馈控制方法、系统、设备和介质，将ADRC与级联反馈控制结合，提高传统级联反馈控制的抗扰性和鲁棒性。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：
[0005]作为本专利技术实施例的一个方面，提供一种基于ADRC的AUV级联反馈控制方法，包括如下步骤：
[0006]建立具有俯仰角速度环、俯仰角环和深度环的级联反馈控制器；
[0007]在所述俯仰角速度环中结合ADRC，以利用ADRC中线性状态观测器提取AUV航行过程中的受到的扰动和参数摄动；
[0008]对所述扰动和参数摄动进行估计和补偿，以将级联反馈控制器转化为标准形式。
[0009]可选地，所述级联反馈控制器具体可表示为：
[0010][0011]其中，δ
ref0
为级联反馈控制器计算得到的舵机输入，y
g
为设定深度，为深度环控制器，为俯仰角速度环控制参数，C
θ
为俯仰角环控制参数，θ为俯仰角，y
c
为实际深度，ω
z
为俯仰角速度。
[0012]可选地，所述线性状态观测器差分方程输出z3表示为：
[0013][0014]其中，f0为已知AUV数学模型，ω0和b是待整定的参数，ω0为LESO的带宽。
[0015]可选地，得到舵机的输入信息表示为：
[0016][0017]其中，δ
ref0
为级联反馈控制器计算得到的舵机输入，z3为线性状态观测器差分方程输出，b为待整定的参数。
[0018]可选地，ADRC与级联反馈控制结合后控制器表示为：
[0019][0020]作为本专利技术实施例的另一个方面，提供基于ADRC的AUV级联反馈控制系统，包括：
[0021]级联反馈控制器建立模块，建立具有俯仰角速度环、俯仰角环和深度环的级联反馈控制器；
[0022]ADRC结合模块，用于在所述俯仰角速度环中结合ADRC，以利用ADRC中线性状态观测器提取AUV航行过程中的受到的扰动和参数摄动；
[0023]扰动补偿模块，对所述扰动和参数摄动进行估计和补偿，以将级联反馈控制器转化为标准形式。
[0024]可选地，所述线性状态观测器差分方程输出z3表示为：
[0025][0026]其中，f0为已知AUV数学模型，ω0和b是待整定的参数，其中ω0表现为LESO的带宽。
[0027]可选地，ADRC与级联反馈控制结合后控制器表示为：
[0028][0029]其中，舵机的输入信息表示为：δ
ref0
为级联反馈控制器计算得到的舵机输入，y
g
为设定深度，G
Cy
(s)为深度环控制器，C
ωz
为俯仰角速度环控制参数，C
θ
为俯仰角环控制参数，θ为俯仰角，y
c
为实际深度，ω
z
为俯仰角速度。
[0030]作为本专利技术实施例的另一个方面，提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于ADRC的AUV级联反馈控制方法。
[0031]作为本专利技术实施例的另一个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述的基于ADRC的AUV级联反馈控制方法的步骤。
[0032]本专利技术的有益效果如下：(1)将AUV传统级联反馈运动控制方法与ADRC(自抗扰模块)结合，利用ADRC中线性状态观测器提取AUV航行过程中受到的扰动和参数摄动，作为“总扰动”估计出来，控制性能较强；(2)ADRC对于解决控制对象无模型或仅有部分模型、物理参数大范围摄动、外部扰动有一定适用性；(3)对扰动适时进行补偿，将级联反馈控制器转化为标准形式，能够达到去扰和提高鲁棒性的目的。
附图说明
[0033]图1为现有技术中的级联反馈深度控制器示意图；
[0034]图2为基于ADRC的级联反馈深度控制器。
[0035]图3为本公开实施例中的基于ADRC的AUV级联反馈控制系统框图。
具体实施方式
[0036]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。
[0037]作为本专利技术实施例的一个方面，提供一种基于ADRC的AUV级联反馈控制方法，包括如下步骤：
[0038]建立具有俯仰角速度环、俯仰角环和深度环的级联反馈控制器；
[0039]在所述俯仰角速度环中结合ADRC，以利用ADRC中线性状态观测器提取AUV航行过程中的受到的扰动和参数摄动；
[0040]对所述扰动和参数摄动进行估计和补偿，以将级联反馈控制器转化为标准形式。
[0041]本实施例中，如图2所示，所述级联反馈控制器具体可表示为：
[0042][0043]其中，δ
ref0
为级联反馈控制器计算得到的舵机输入，y
g
为设定深度，为深度环控制器，为俯仰角速度环控制参数，C
θ
为俯仰角环控制参数，θ为俯仰角，y
c
为实际深度，ω
z
为俯仰角速度。
[0044]本实施例中，所述线性状态观测器差分方程输出z3表示为：
[0045][0046]本实施例中，f0为已知AUV数学模型，ω0和b是待整定的参数，ω0为LESO的带宽。
[0047]本实施例中，得到舵机的输入信息表示为：
[0048][0049]其中，δ
ref0
为级联反馈控制器计算得到的舵机输入，z3为线性状态观测器差分方程输出，b为待整定的参数。
[0050]本实施例中，ADRC与级联反馈控制结合后控制器表示为：
[0051][0052]作为本专利技术实施例的另一个方面，如图3所示，提供基于ADRC的AUV级联反馈控制系统100，包括：
[0053]级联反馈控制器建立模块1，建立具有俯仰角速度环、俯仰角环和深度环的级联反馈控制器；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于ADRC的AUV级联反馈控制方法，其特征在于，包括如下步骤：建立具有俯仰角速度环、俯仰角环和深度环的级联反馈控制器；在所述俯仰角速度环中结合ADRC，以利用ADRC中线性状态观测器提取AUV航行过程中的受到的扰动和参数摄动；对所述扰动和参数摄动进行估计和补偿，以将级联反馈控制器转化为标准形式。2.如权利要求1所述的基于ADRC的AUV级联反馈控制方法，其特征在于，所述级联反馈控制器具体可表示为：其中，δ
ref0
为级联反馈控制器计算得到的舵机输入，y
g
为设定深度，为深度环控制器，为俯仰角速度环控制参数，C
θ
为俯仰角环控制参数，θ为俯仰角，y
c
为实际深度，ω
z
为俯仰角速度。3.如权利要求2所述的基于ADRC的AUV级联反馈控制方法，其特征在于，所述线性状态观测器差分方程输出z3表示为：其中，f0为已知AUV数学模型，ω0和b是待整定的参数，ω0为LESO的带宽。4.如权利要求3所述的基于ADRC的AUV级联反馈控制方法，其特征在于，得到舵机的输入信息表示为：其中，δ
ref0
为级联反馈控制器计算得到的舵机输入，z3为线性状态观测器差分方程输出，b为待整定的参数。5.如权利要求4所述的基于ADRC的AUV级联反馈控制方法，其特征在于，ADRC与级联反馈控制结合后控制器表示为：6.基于ADRC的AUV级联反馈控制系统，其特征在于，包括：级联...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓植，可伟，王哲，
申请(专利权)人：河北汉光重工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：