【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水下航行器控制领域，尤其涉及欠驱动水下航行器自适应抗饱和镇定控制方法及系统。
技术介绍
1、对于欠驱动水下航行器，由于不存在侧向力输入，系统具有欠驱动特性，导致航行器实现镇定时必须满足brockett条件，即必须设计时变或者非光滑的控制律才能使欠驱动水下航行器镇定，传统的连续状态反馈无法实现镇定控制目标，这也增加了欠驱动水下航行器镇定控制器的设计难度。
2、此外，大多数关于欠驱动水下航行器全状态镇定控制方法的研究结果，均假设模型参数是精确已知的。实际上，由于建模误差以及模型参数计算误差的存在，导致水下航行器实际的模型参数是不可能精确已知的；此外在实际工程应用中，各种用途部件的装配也会使水下航行器的负载发生变化，造成系统的质量、转动惯量等参数发生变化，这也将导致某些模型参数的不确定性。同时，注意到系统的能量有限，执行器的输出幅值受到约束，需要设计有界的控制输入，符合执行器饱和约束。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提出了欠驱动水下航行器自适应抗饱和镇定控制方法及系统。
2、为了实现上述目的，本专利技术提出了一种欠驱动水下航行器自适应抗饱和镇定控制方法，所述方法包括：
3、步骤1：建立水下航行器模型和镇定控制目标；
4、步骤2：根据水下航行器模型和镇定控制目标，设计自适应律；
5、步骤3：构造辅助系统与辅助控制变量，补偿饱和非线性；
6、步骤4：设计自适应控制器，使水下航行器满
7、优选的，所述步骤1包括：
8、定义水下航行器本体坐标系下的线速度u、横滚角速度v、偏航角速度r，水下航行器模型为：
9、
10、
11、其中，和分别为线速度u和横滚角速度v的一阶导数，m11为包含质量与附加质量的系统惯量参数；m22和m33分别为系统转动惯量参数和系统附加转动惯量参数；d11、d22、d33表示系统的三个水动力阻尼参数；τ1表示系统控制推力；τ2表示系统控制力矩；umi为常数，表示控制信号的最大幅值；i＝1,2；
12、设定水下航行器镇定控制目标为：设计控制输入τ1和τ2，使水下航行器的线速度u跟踪理想线速度指令ud，偏航角速度r跟踪理想角速度指令rd。
13、优选的，所述步骤2包括：
14、定义线速度误差e1＝u-ud，角速度误差e2＝r-rd，设计自适应更新律如下：
15、
16、
17、
18、
19、
20、其中为自适应估计变量，αi为辅助变量，下标i＝1,2，为未知参数的自适应估计信号，下标j＝1,2,3,4κi＞0，κi和γj均为大于0的自适应设计参数。
21、优选的，所述步骤3包括：
22、设定系统的线速度误差和角速度误差方程为：
23、
24、
25、控制任务为：在参数未知条件下，设计控制输入τ1、τ2，满足约束条件：|τ1|≤um1，|τ2|≤um2，使其中，正常数umi表示第τi控制信号的最大幅值，i＝1,2；
26、为满足上述约束条件，设计关于第i个控制器的稳定辅助系统：
27、
28、其中，为辅助系统变量，满足下式：
29、
30、信号辅助变量αi定义为：
31、
32、优选的，所述步骤4包括：
33、设置控制器设计参数和按步骤2的自适应更新律进行更新，用于补偿未知模型参数对第i个控制器的影响，得到自适应控制器，该控制器包括控制推力τ1以及控制力矩τ2，满足下式：
34、
35、第二方面，本专利技术提出了一种欠驱动水下航行器自适应抗饱和镇定控制系统，基于上述方法实现，其特征在于，所述系统包括：
36、模型和控制目标建立模块，用于建立水下航行器模型和镇定控制目标；
37、自适应律设计模块，用于根据水下航行器模型和镇定控制目标，设计自适应律；
38、辅助系统，用于根据自适应律，构造辅助控制变量，补偿饱和非线性；
39、自适应控制器：用于分别产生控制推力τ1以及控制力矩τ2，使水下航行器满足镇定控制目标。
40、第三方面，本专利技术提出了一种计算机装置/设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述方法的步骤。
41、第四方面，本专利技术提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。
42、第五方面，本专利技术提出了一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。
43、与现有技术相比，本专利技术的优势在于：
44、1、本专利技术的方法利用时变函数对控制器进行设计，可以实现欠驱动水下航行器的镇定控制；并采用双曲正切函数结合自适应方法解决了模型参数未知时欠驱动水下航行器的抗饱和镇定控制问题，应用范围更广；
45、2、本专利技术的方法无需精确已知系统模型参数就能够实现精确控制，避免执行器饱和现象的发生，应用范围更广。
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1.一种欠驱动水下航行器自适应抗饱和镇定控制方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的欠驱动水下航行器自适应抗饱和镇定控制方法，其特征在于，所述步骤1包括：
3.根据权利要求2所述的欠驱动水下航行器自适应抗饱和镇定控制方法，其特征在于，所述步骤2包括：
4.根据权利要求3所述的欠驱动水下航行器自适应抗饱和镇定控制方法，其特征在于，所述步骤3包括：
5.根据权利要求4所述的欠驱动水下航行器自适应抗饱和镇定控制方法，其特征在于，所述步骤4包括：
6.一种欠驱动水下航行器自适应抗饱和镇定控制系统，基于权利要求1-5之一所述方法实现，其特征在于，所述系统包括：
7.一种计算机装置/设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-5之一所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求1-5之一所述方法的步骤。
9.一种计算机程序产品，包括计算机程序
...【技术特征摘要】
1.一种欠驱动水下航行器自适应抗饱和镇定控制方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的欠驱动水下航行器自适应抗饱和镇定控制方法，其特征在于，所述步骤1包括：
3.根据权利要求2所述的欠驱动水下航行器自适应抗饱和镇定控制方法，其特征在于，所述步骤2包括：
4.根据权利要求3所述的欠驱动水下航行器自适应抗饱和镇定控制方法，其特征在于，所述步骤3包括：
5.根据权利要求4所述的欠驱动水下航行器自适应抗饱和镇定控制方法，其特征在于，所述步骤4包括：
6.一种欠驱动水下航行器自适应抗...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝程鹏，刘晨涛，王锐，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：
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