[發明專利]基于滑模技術的有纜水下機器人海底定點著陸飽和控制方法

有效

• 申請號: 201910398512.0
• 申請日: 2019-05-14
• 公開（公告）號: CN110007604B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 孫延超;魏彤錦;秦洪德;張棟梁;張佩;張子洋;李凌宇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 劉冰

基于滑模技術的有纜水下機器人海底定點著陸飽和控制方法，本發明涉及水下機器人海底定點著陸飽和控制方法。本發明的目的是為了解決現有ROV進行海底著陸時大多采用人工手動操作進行著陸，費時費力，定點著陸精度較差，容易與水下結構發生碰撞甚至事故，造成嚴重的經濟損失的問題。具體過程為：步驟一、建立ROV模型；步驟二、基于步驟一建立改進的滑模變結構控制；步驟三、基于步驟一、步驟二引入輸入飽和函數；步驟四、基于步驟一、步驟二、步驟三建立考慮飽和的改進滑模變結構控制。本發明用于水下機器人海底定點著陸飽和控制領域。

技術領域

本發明涉及水下機器人海底定點著陸飽和控制方法。

背景技術

有纜水下機器人(Remote Operated Vehicle，簡稱ROV)是一個國家海洋裝備技術水平的重要標志之一。研究ROV的相關技術對國家經濟、海底空間利用、深海旅游、深海打撈和救生等都有著不可估量的戰略意義。

順應ROV研究的熱點，研究了有關ROV海底定點著陸運動控制問題的方法。針對在已知著陸點的坐標和理想首向的情況下，對在著陸點附近的ROV自動運動到著陸點的控制問題進行研究。

(1)目前，ROV進行海底著陸時大多采用人工手動操作進行著陸的方式，這種方式往往需要經驗豐富的操作者往復操作多次才能使ROV著陸在一個相對滿意的位置，費時費力。

(2)目前，ROV進行海底著陸時大多采用人工手動操作進行著陸的方式，這種方式的定點著陸精度較差，尤其是在較為惡劣水下環境中。

(3)目前，由于ROV水下作業的復雜化，操作者往往需要很嚴格專業認證。

(4)由于水下ROV的視域受限并且圖像傳輸有延遲，以及人為的操作失誤，這就導致人為操作ROV海底著陸很容易與水下結構發生碰撞甚至事故，造成嚴重的經濟損失。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有ROV進行海底著陸時大多采用人工手動操作進行著陸，費時費力，定點著陸精度較差，容易與水下結構發生碰撞甚至事故，造成嚴重的經濟損失的問題，而提出基于滑模技術的有纜水下機器人海底定點著陸飽和控制方法。

基于滑模技術的有纜水下機器人海底定點著陸飽和控制方法具體過程為：

步驟一、建立ROV模型；具體過程為：

ROV的動力學方程：采用基于Fossen的六自由度非線性模型表示為：

式中：η為ROV在固定坐標系下的六自由度位置與姿態值，η＝[x,y,z,φ,θ,ψ]^T；x為ROV在x軸方向的位移，y為ROV在y軸方向的位移，z為ROV在z軸方向的位移，φ為ROV的橫傾角，θ為ROV的縱傾角，ψ為搖首角；為ROV在固定坐標系下的六自由度位置與姿態值對時間的一階導數；為ROV在固定坐標系下的六自由度位置與姿態值對時間的二階導數；T為轉置；

M為質量慣性矩陣；M^*為性坐標系轉換到運動坐標系后的質量慣性矩陣，M^*＝J^-TMJ^-1，J為慣性坐標系轉換到運動坐標系的轉換矩陣；

C_RB為剛體的科氏力和向心力矩陣；為慣性坐標系轉換到運動坐標系后剛體的科氏力和向心力矩陣；

C_A為附加質量的科氏力和向心力矩陣；為慣性坐標系轉換到運動坐標系后附加質量的科氏力和向心力矩陣，

D為水動力阻尼矩陣；D^*為慣性坐標系轉換到運動坐標系后的水動力阻尼矩陣，D^*＝J^-TDJ^-1；