[發(fā)明專利]欠驅(qū)動AUV自適應(yīng)軌跡跟蹤控制裝置及控制方法

有效

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• 申請日: 2011-06-30
• 公開（公告）號: CN102298326A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏國清;楊瑩;夏天;趙為光
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種欠驅(qū)動AUV自適應(yīng)軌跡跟蹤控制裝置，包括參考路徑生成器(1)、微分同胚變換器(6)、縱向速度虛擬控制器(9)、艏搖角速度虛擬控制器(10)、參數(shù)估計(jì)器(11)、縱向推力及轉(zhuǎn)艏力矩控制器(14)，其特征是：測量元件(3)采集的AUV實(shí)際位置和航向角以及參考路徑生成器(1)產(chǎn)生的參考位置和參考航向角信息，通過微分同胚變換器(6)得到新的狀態(tài)變量，然后將新的狀態(tài)變量及傳感器(5)采集的速度和角速度信息，傳遞給參數(shù)估計(jì)器(11)和縱向推力及轉(zhuǎn)艏力矩控制器(14)，通過解算得到控制指令去驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)整AUV的縱向推力和轉(zhuǎn)艏力矩。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動AUV自適應(yīng)軌跡跟蹤控制裝置，其特征是：參考路徑生成器(1)通過給定期望縱向速度和艏搖角速度，將產(chǎn)生的位置、航向角信息傳遞給微分同胚變換器(6)的同時將期望側(cè)向速度信號反饋給參數(shù)估計(jì)器(11)和角速度虛擬控制器(10)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的欠驅(qū)動AUV自適應(yīng)軌跡跟蹤控制裝置，其特征是：測量元件(3)包括位置、角度傳感器(4)和線速度、角速度傳感器(5)，位置、角度傳感器(4)采集的信息傳遞給微分同胚變換器(6)，線速度、角速度傳感器(5)采集的信息同時傳遞給縱向推力及轉(zhuǎn)艏力矩控制器(14)和參數(shù)估計(jì)器(11)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的欠驅(qū)動AUV自適應(yīng)軌跡跟蹤控制裝置，其特征是：縱向速度虛擬控制器(9)根據(jù)新的狀態(tài)變量信息及參考線速度、參考艏搖角速度信息得到線速度虛擬控制量，然后將該量傳遞給參數(shù)估計(jì)器(11)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的欠驅(qū)動AUV自適應(yīng)軌跡跟蹤控制裝置，其特征是：角速度虛擬控制器(10)根據(jù)參考線速度、角速度、實(shí)際線速度、角速度、中間狀態(tài)變量、新的狀態(tài)變量信息，產(chǎn)生角速度虛擬控制量，然后將該量傳遞給參數(shù)估計(jì)器(11)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的欠驅(qū)動AUV自適應(yīng)軌跡跟蹤控制裝置，其特征是：參數(shù)估計(jì)器(11)根據(jù)參考速度、實(shí)際速度及新的狀態(tài)變量信息，通過李亞普諾夫直接法產(chǎn)生參數(shù)的估計(jì)值，并將這些信息傳遞給縱向推力及轉(zhuǎn)艏力矩控制器(14)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的欠驅(qū)動AUV自適應(yīng)軌跡跟蹤控制裝置，其特征是：縱向推力及轉(zhuǎn)艏力矩控制器(14)分為縱向推力控制器(15)和轉(zhuǎn)艏力矩控制器(16)，針對跟蹤誤差動態(tài)方程根據(jù)參考縱向速度、參考艏搖角速度、新的狀態(tài)變量、參數(shù)估計(jì)值、實(shí)際的線速度和角速度信息，通過李亞普諾夫法和反步法解算出縱向推力和轉(zhuǎn)艏力矩信息傳遞給AUV的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)整AUV的位置、航向和速度。

8.一種欠驅(qū)動AUV自適應(yīng)軌跡跟蹤控制方法，其特征是：

由參考路徑生成器(1)、微分同胚變換器(6)、縱向速度虛擬控制器(9)、艏搖角速度虛擬控制器(10)、參數(shù)估計(jì)器(11)、縱向推力及轉(zhuǎn)艏力矩控制器(14)構(gòu)成控制裝置；

(1)參考路徑生成器通過參考輸入產(chǎn)生期望軌跡，得到期望的位置、航向角和速度信息；

(2)位置傳感器采集AUV的位置、航向角信息，將期望的位置、航向角和當(dāng)前的狀態(tài)信息一起傳遞給微分同胚變換器；

(3)微分同胚變換器包括大地坐標(biāo)到船體坐標(biāo)變換器和欠驅(qū)動項(xiàng)補(bǔ)償器，大地坐標(biāo)到船體坐標(biāo)變換器得到船體坐標(biāo)系下的狀態(tài)變量，并將該中間變量信息傳遞給欠驅(qū)動項(xiàng)補(bǔ)償器，然后由欠驅(qū)動項(xiàng)補(bǔ)償器得到新的狀態(tài)變量；

(4)虛擬控制器包括縱向線速度虛擬控制和艏搖角速度虛擬控制，線速度控制器根據(jù)新的狀態(tài)變量信息、參考縱向速度、參考艏搖角速度信息產(chǎn)生線速度虛擬控制量，并同時傳遞給參數(shù)估計(jì)器和縱向推力控制器；艏搖角速度虛擬控制器根據(jù)中間狀態(tài)變量、參考線速度、角速度、新的狀態(tài)變量信息產(chǎn)生角速度虛擬控制量，傳遞給參數(shù)估計(jì)器；

(5)參數(shù)估計(jì)器利用李亞普諾夫直接法將產(chǎn)生的參數(shù)估計(jì)值傳遞給縱向推力控制器和轉(zhuǎn)艏力矩控制器；

(6)控制器通過李亞普諾夫法和反步法解算出縱向推力和轉(zhuǎn)艏力矩量傳遞給AUV的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)整AUV的位置、航向、速度。