[發明專利]自主水下機器人的海洋環境自識別的航跡精確跟蹤方法

在審

• 申請號: 201410598859.7
• 申請日: 2014-10-30
• 公開（公告）號: CN105549611A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 王軼群;趙宏宇;徐春暉;劉健;邵剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 徐麗;周秀梅

技術領域

本發明涉及水下機器人技術領域，尤其涉及一種自主水下機器人(簡稱 AUV)的海洋環境自識別的航跡精確跟蹤方法。

背景技術

在海洋應用中，水下機器人發揮越來越重要的作用。水下機器人分成兩類： 一種是遙控式有纜水下機器人(簡稱ROV)，一種是自主水下機器人(簡稱 AUV)。ROV需要水面母船支持，同時受到電纜長度的限制，其作業距離有限， 一般只有幾百米；而AUV自身攜帶能源，可以遠離母船，活動距離達到幾十公 里甚至上百公里。所以AUV的研究越來越受到各國的重視，AUV的發展代表 了未來水下機器人的發展方向。

AUV的控制方法比ROV的控制方法復雜，只有設計出好的控制方法才能 發揮出AUV強大的作業能力。AUV執行遠距離地形勘查、管線跟蹤都依賴于 AUV的精確航跡跟蹤控制，即AUV精確航跡跟蹤控制技術的發展影響AUV的 遠程和深海作業能力。傳統AUV精確航跡跟蹤控制方法主要采用經典線性控制 理論進行控制，這種方法最大的好處是算法簡單，但是經典精確航跡跟蹤控制 方法依賴于AUV參數的穩定。而AUV的參數是強非線性耦合和時變的，理論 計算和試航時的參數辨識是特定時間和外界環境條件下的參數。

AUV作業的海洋環境復雜，海浪和海流等干擾因素隨著工作海域和深度的 不同而發生變化，這些不確定干擾因素是空間和時間的復雜函數，無法被預知 和準確建模。環境的改變使AUV參數發生改變，經典的控制方法無法適應外界 環境的變化，導致AUV的精確航跡跟蹤效果降低。

發明內容

針對傳統精確航跡跟蹤控制方法在對于系數敏感性較強和抗干擾性較弱的 問題，本發明要解決的技術問題是提供一種自主水下機器人的海洋環境自識別 的航跡精確跟蹤方法，將傳統精確跟蹤控制方法和在線參數辨識相結合的控制 方法，降低了控制系統對參數敏感性和提高系統的控制抗干擾性。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種自主水下機器人的海洋 環境自識別的航跡精確跟蹤方法，包括以下步驟：

海洋環境參數識別：計算海流速度值在水下機器人垂直方向的投影；

航跡跟蹤：通過計算水下機器人與規劃航跡的橫向距離ε(t)、水下機器人航向角與規劃航跡角的偏差量結合水下機器人的對底前向速度u和水下機器人的轉艏角速度r計算水下機器人的水平面轉艏力矩τ_n。

所述計算海流速度值在水下機器人垂直方向的投影，具體為：

計算側向來流偏角