[發(fā)明專利]水下機器人運動的滑模面指數(shù)衰減動態(tài)狀態(tài)滑?？刂品?/span>在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201910632979.7 | 申請日： | 2019-07-12 |
| 公開（公告）號： | CN110209058A | 公開（公告）日： | 2019-09-06 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 周煥銀;劉金生;黃永忠 | 申請（專利權(quán)）人： | 東華理工大學 |
| 主分類號： | G05B13/04 | 分類號： | G05B13/04 |
| 代理公司： | 北京艾皮專利代理有限公司 11777 | 代理人： | 楊克 |
| 地址： | 330013 江西省南*** | 國省代碼： | 江西;36 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 水下機器人 指數(shù)衰減 滑模面 運動控制模型 動態(tài)狀態(tài) 幅度衰減 滑模控制 狀態(tài)反饋 構(gòu)建 狀態(tài)反饋控制器 狀態(tài)空間表達式 滑?？刂破?/a> 分析系統(tǒng) 構(gòu)建系統(tǒng) 滑模函數(shù) 控制參數(shù) 設(shè)計滑模 速度動態(tài) 運動狀態(tài) 控制律 極點 控性 配置 | ||
本發(fā)明公開了基于水下機器人運動的滑模面指數(shù)衰減動態(tài)狀態(tài)滑?？刂品?，包括以下步驟，將水下機器人運動控制模型構(gòu)建為狀態(tài)空間表達式的形式；狀態(tài)反饋控制法的設(shè)計，根據(jù)系統(tǒng)能控性分析系統(tǒng)是否完全能控，若完全能控配置極點，構(gòu)建系統(tǒng)狀態(tài)反饋控制器；根據(jù)加入狀態(tài)反饋控制的水下機器人運動控制模型，設(shè)計滑模面抖震幅度衰減最快的滑模函數(shù)，構(gòu)建滑?？刂破?。本發(fā)明控制律控制參數(shù)根據(jù)縱向速度動態(tài)調(diào)整，可消弱縱向速度對系統(tǒng)其他運動狀態(tài)影響；通過指數(shù)衰減，可迅速將滑模面抖震幅度衰減為零。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明具體涉及一種水下機器人運動控制技術(shù)，具體是基于水下機器人運動的滑模面指數(shù)衰減動態(tài)狀態(tài)滑?？刂品ā?/p>
背景技術(shù)
水下機器人運動的強耦合性與非線性特點，導致系統(tǒng)運動控制策略難以設(shè)計。隨著我國水下機器人技術(shù)發(fā)展，精確的運動控制是水下機器人系統(tǒng)完成水下作業(yè)任務(wù)的關(guān)鍵，然而，水下機器人運動具有較強的非線性、耦合性等特點，增加了該類系統(tǒng)運動控制策略設(shè)計的難度?；？刂撇呗允亲兘Y(jié)構(gòu)控制技術(shù)中應(yīng)用最為成熟的一種非線性控制策略，該控制策略具有對系統(tǒng)模型參數(shù)誤差、參數(shù)變化以及環(huán)境干擾等具有較強的魯棒性，故該控制策略有利于水下機器人運動控制品質(zhì)的提高。然而，滑?？刂品椒ㄔ诨Ｃ娴亩墩瓞F(xiàn)象是束縛該控制理論發(fā)展的主要原因。
滑模控制的抖震會縮減水下機器人系統(tǒng)控制執(zhí)行機構(gòu)的使用壽命。出現(xiàn)抖震的原因有多種，主要原因是滑?？刂剖且环N開關(guān)控制，開、關(guān)控制必然設(shè)計時間、空間以及系統(tǒng)慣性等原因?qū)е屡c各狀態(tài)精確變化時間不符，造成系統(tǒng)控制器的抖震。當前關(guān)于如何消除滑?？刂频亩墩饐栴}仍是控制策略設(shè)計的難點。為了充分避免滑?？刂圃诜蔷€性系統(tǒng)運動控制中抖動問題，該發(fā)明專利根據(jù)水下機器人深度控制模型特點提出了一種基于狀態(tài)反饋的滑模控制法，可實現(xiàn)滑模面指數(shù)衰減，達到縮減震蕩時間，提高系統(tǒng)運動控制品質(zhì)的目的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供基于水下機器人運動的滑模面指數(shù)衰減動態(tài)狀態(tài)滑?？刂品ǎ越鉀Q上述背景技術(shù)中提出的問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
水下機器人運動的滑模面指數(shù)衰減動態(tài)狀態(tài)滑?？刂品?，包括以下步驟：
S1：將水下機器人運動控制模型構(gòu)建為狀態(tài)空間表達式的形式，且水下機器人運動控制模型狀態(tài)空間表達式為：
x為系統(tǒng)狀態(tài)變量，A，B分別為系統(tǒng)矩陣與輸出矩陣，其中τsfc為狀態(tài)反饋控制律，τsmc為滑?？刂坡?，兩控制律的下標分別為state feed back與sliding mode control兩英文專業(yè)詞組的首字母。則系統(tǒng)模型(1)可表述為
S2：狀態(tài)反饋控制法的設(shè)計，根據(jù)系統(tǒng)能控性分析系統(tǒng)是否完全能控，若完全能控配置極點，構(gòu)建系統(tǒng)狀態(tài)反饋控制器；
其中，狀態(tài)反饋滑?？刂坡稍O(shè)計步驟為：
S21：狀態(tài)反饋控制律設(shè)計
首先，通過現(xiàn)代控制理論中的系統(tǒng)完全能控性相關(guān)理論，判斷系統(tǒng)模型(1)為完全能控系統(tǒng)，即可實現(xiàn)極點的任意配置，設(shè)置期望極點；
然后，構(gòu)建狀態(tài)反饋控制律，狀態(tài)誤差方程(2)表述為
x為系統(tǒng)實時狀態(tài)變量，xd期望狀態(tài)變量，下標d為desire的首字母，設(shè)狀態(tài)反饋控制律為：
K為狀態(tài)反饋控制參數(shù)。
將狀態(tài)反饋律(4)代入模型(3)有：
則加入狀態(tài)反饋控制后的系統(tǒng)矩陣為則模型(5)可表述為模型：
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