[發(fā)明專利]一種無人潛水器模型預測容錯跟蹤控制方法

有效

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• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109164792B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設計）人: 孫兵;朱大奇;褚振忠;陳銘治;甘文洋;程學龍
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 上海互順專利代理事務所(普通合伙) 31332
• 代理人: 成秋麗

本發(fā)明實施例應用于無人潛水器容錯跟蹤技術領域，一種無人潛水器模型預測容錯跟蹤控制方法，包括步驟：獲得無人潛水器的當前狀態(tài)參數(shù)；確定給定控制電壓與對應轉速的關系；如果給定控制電壓、轉速為0，則判斷推進器出現(xiàn)完全故障，執(zhí)行：根據(jù)推力分配矩陣，刪除該故障推進器的對應推力分配矩陣信息；若實際轉速與預設轉速大小不一致，則執(zhí)行步驟：計算推進器故障權系數(shù)，判斷歸一化推力值是否大于1，如果存在則采用量子粒子群優(yōu)化進行推力解空間計算，獲得第二歸一化后推力值；根據(jù)重構后的總推力值對所述無人潛水器進行軌跡跟蹤。應用本發(fā)明實施例，能夠兼顧推進器完全故障/部分故障情況下的容錯跟蹤，確保無人潛水器順利完成跟蹤控制任務。

技術領域

本發(fā)明涉及水下機器人故障容錯技術領域，特別是涉及一種無人潛水器模型預測容錯跟蹤控制方法。

背景技術

作為人類探索和開發(fā)海洋不可或缺的工具，無人潛水器(Unmanned UnderwaterVehicle，簡稱UUV)正在起著越來越重要的作用，無人潛水器的前進主要通過推進器進行推動。隨著科技的進步，無人潛水器的開發(fā)和應用對我國海洋產(chǎn)業(yè)、海洋探索和開發(fā)具有重大的影響，已成為當今世界海洋工程領域研究的一個熱點。

目前，傳統(tǒng)的無人潛水器跟蹤控制采用如下策略：當UUV在水下作業(yè)時，通過傳感器獲取當前UUV位姿信息，與期望參考軌跡信息相減獲取誤差值，同時結合速度和加速度信息，構建UUV跟蹤控制律，在控制律作用下UUV姿態(tài)誤差逐漸趨于零并穩(wěn)定跟蹤。但是傳統(tǒng)方法一般不會考慮以下問題：(1)UUV自身能源所能提供的最大推力約束；(2)UUV跟蹤過程中，推進器長期暴露在外，極有可能遭遇海藻、漁網(wǎng)等纏繞，或者電機故障等導致無法正常運行，此時傳統(tǒng)跟蹤控制無法解決此類問題，迫切需要一種新型方法去解決以上幾點問題。

因此，如何有效的對無人潛水器進行跟蹤控制成為亟待解決的技術問題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種無人潛水器模型預測容錯跟蹤控制方法，能夠在推進器完全故障/部分故障情況下的容錯跟蹤，確保無人潛水器順利完成跟蹤控制任務。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種無人潛水器模型預測容錯跟蹤控制方法，所述方法包括步驟：

通過無人潛水器控制系統(tǒng)獲得無人潛水器的當前狀態(tài)參數(shù)，其中，所述狀態(tài)參數(shù)至少包括無人潛水器的位置、加速度、速度和推進器的推力值；

確定給定控制電壓與對應轉速的關系；

如果給定控制電壓、轉速為0，則判斷推進器出現(xiàn)完全故障，并執(zhí)行步驟：根據(jù)推力分配矩陣，刪除該故障推進器的對應推力分配矩陣信息，通過偽逆求解得到剩余可布置推進器的第一歸一化推力值，其中，推力分配矩陣為所有推進器所組成的矩陣；根據(jù)推力分配矩陣和所述第一歸一化推力值重構總推力值；

如果實際轉速與預設轉速大小不一致，則執(zhí)行步驟：根據(jù)故障推進器故障后的轉速與原有正常轉速的比值，計算推進器故障權系數(shù)，通過偽逆求解得到各個推進器歸一化推力值，并判斷是否存在推進器的推力值大于1，如果存在則采用量子粒子群優(yōu)化進行推力解空間計算，獲得第二歸一化后推力值；根據(jù)推力分配矩陣和第二歸一化后推力值重構總推力值；

根據(jù)重構后的總推力值對所述無人潛水器進行軌跡跟蹤。

本發(fā)明的一種實現(xiàn)方式中，在所述通過無人潛水器控制系統(tǒng)的獲得無人潛水器的當前狀態(tài)參數(shù)的步驟之前，所述方法還包括：

(21)通過無人潛水器控制系統(tǒng)獲得無人潛水器的當前狀態(tài)參數(shù)；

(22)將無人潛水器的當前狀態(tài)輸入線性誤差模型中，獲得離散化的預測輸出結果，其中，所述線性誤差模型為根據(jù)通過無人潛水器實際狀態(tài)和期望狀態(tài)建立誤差模型；