[發(fā)明專利]無人潛航器垂直面欠驅動運動控制方法

有效

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• 申請日: 2010-05-17
• 公開（公告）號: CN101833338A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設計）人: 施小成;陳江;徐健;嚴浙平
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種水下運動體的控制方法。具體地說是一種無人潛航器垂直面欠驅動運動控制方法。

背景技術

無人潛航器(AUV)運動控制技術一直是困擾AUV技術工作者的一個十分復雜的問題。而AUV的垂直面一般運動問題雖然只是空間一般運動的一個特殊情形，但它是一個具有實用性和典型性的常見運動形式，因此在AUV運動和建模研究中有重要意義。AUV垂直面運動具有欠驅動、強耦合的特點，海流對垂直面的干擾更加復雜，大攻角變深以及如何保證控制品質，特別是深度的超調問題特別需要重點關注。

隨著控制理論的發(fā)展，很多先進的算法被應用于AUV垂直面運動控制的研究中，如滑模變結構控制、非線性控制、自適應控制、神經網絡控制及模糊控制等，這些控制方法對于AUV的運動控制來說各有優(yōu)缺點，但是為了解決AUV垂直面欠驅動運動控制問題，考慮深度和縱傾的耦合問題，這些智能控制算法往往停留在數值仿真階段，在實際應用中顯出其不足。因此，研究新型的非線性控制算法，特別是能實際應用于AUV垂直面運動控制中，解決AUV垂直面運動欠驅動、強耦合問題，提高AUV垂直面控制性能，是目前AUV運動控制研究中一個迫切需要解決的問題。

文獻《自抗擾控制器在潛艇近水面航行深度控制中的應用》(船海工程，2008年6月，第37卷第3期)介紹了標準的自抗擾控制器(ADRC)在潛艇近水面航行深度控制中的仿真研究，該文獻把潛艇垂直面操縱運動系統(tǒng)看作是雙輸入雙輸出全驅動系統(tǒng)，操縱艏舵和艉舵達到控制潛艇深度的目的，仿真結果表明自抗擾控制器具有較高的控制品質。但是該文獻只提供了利用Matlab/simulink對其潛艇進行近水面仿真的結果，并且對自抗擾控制器的參數整定未加說明。

文獻《自抗擾控制技術在AUV航向控制中的應用》(中國優(yōu)秀碩士學位論文全文數據庫，2009，(11))介紹了標準的自抗擾控制器在AUV航向控制中的仿真研究，該文獻也只提供了AUV航向控制仿真結果，對自抗擾控制器的參數整定以試湊為主，若應用于工程實際，在復雜的環(huán)境干擾及繁雜的控制器參數整定過程中不利于現場調試。

文獻《基于神經網絡的自抗擾控制器》(系統(tǒng)仿真學報，2000年3月，第12卷第2期)將人工神經網絡(ANN)嵌入到ADRC中，利用一定結構的ANN能任意逼近非線性函數的性質，用辨識出的ANN補償對象的一部分，近似地認為使原對象的變化范圍變小，從而讓ADRC的控制品質提高。該文獻雖然不是對ADRC參數整定進行優(yōu)化，但對ADRC的改進提供了參考。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種可以有效的適應AUV在垂直面運動過程中欠驅動、強耦合和復雜的運動關系，能實現精確的運動控制的無人潛航器垂直面欠驅動運動控制方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現的：

1、對AUV進行初始化設置；

2、頂層控制計算機發(fā)送任務使命并完成全局規(guī)劃；

3、運動控制計算機接收傳感器反饋信息，利用基于自適應神經模糊推理系統(tǒng)的自抗擾控制器進行控制解算，輸出控制指令，即艉升降舵舵角δ_s；

4、舵機執(zhí)行控制指令，完成AUV深度與縱傾的協(xié)調控制，實現AUV垂直面欠驅動約束下的運動控制；

5、判斷是否完成本次任務，若完成則保存數據并結束本次航行，若未完成則繼續(xù)由運動控制計算機解算控制指令。

本發(fā)明還可以包括：

1、所述控制器參數整定方法為：

(1)、對自抗擾控制器中跟蹤微分器、擴張狀態(tài)觀測器、非線性誤差反饋三部分參數進行賦值或初始化；

(2)、由AUV的指定深度ζ₀、縱傾θ₀、升降舵舵角指令δ_s、不同時刻差值等生成神經模糊推理系統(tǒng)；

(3)、經過自適應神經模糊推理系統(tǒng)推理學習，優(yōu)化自抗擾控制器，得到自抗擾控制器參數；

(4)、在控制器作用下，運動控制計算機修改控制指令，即改變艉升降舵舵角δ_s；

(5)、從深度計、光纖陀螺等傳感器反饋AUV當前深度ζ、縱傾θ等信息；

(6)、運動控制計算機進行控制解算，計算深度偏差Δζ、縱傾偏差Δθ是否為0，是則確定控制器參數，否則轉至步驟(2)。