[發明專利]一種深海水下機器人的懸停控制方法

有效

• 申請號: 202010056033.3
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111208840B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 李岳明;曹建;張國成;孫玉山;李曄;張磊;莊佳園;姜言清
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種深海水下機器人的懸停控制方法，其特征在于：步驟如下：

步驟一：偏差產生器給出統一的深度偏差e_d，即向下為正方向的垂直位置偏差；在定深懸停時由規劃系統給出的目標值深度值d_d與機器人深度計測量的深度值d做差，得到深度偏差e_d:

e_d＝d_d-d

在定高懸停時由規劃系統給出的目標值高度值h_d與機器人高度計測量的距水底高度值h做差，得到高度偏差e_h:

e_h＝h_d-h

由于高度信息定義的正方向與深度信息定義的正方向相反，在定高懸停時將高度偏差轉化為深度偏差，即：

e_d＝-e_h

然后對深度偏差e_d進行微分得到深度偏差變化率e`_d：

步驟二：切換控制器根據深度偏差e_d的絕對值大小自動選擇使用速度控制器或者位置控制器：當深度偏差e_d的絕對值大于閾值e_y時，即|e_d|e_y時，采用速度控制器，否則采用位置控制器；

步驟三：速度控制器采用積分算法，深度偏差e_d線性映射為目標升沉速度v_d：

v_d＝k_ve_d

與深度偏差變化率e`_d做差得到速度偏差e_v：

e_v＝v_d-e`_d

對e_v進行積分計算后乘以積分系數k_i作為控制輸出o，實現對機器人定深或定高懸停控制：

o(t)＝o(t-1)+k_ie_v(t)

步驟四：位置控制器采用比例微分算法，深度偏差e_d乘以積分系數k_p加上深度偏差變化率e`_d乘以微分系數k_d作為位置控制器輸出o_l：

o_l(t)＝k_pe_d(t)+k_de`_d(t)

位置控制器輸出o_l與位置控制調整項a耦合實現對機器人定深或定高懸停控制：

o(t)＝o_l(t)+a(t)

當速度控制器切換到位置控制器時，將速度控制器最后輸出作為位置控制調整項：

a(t)＝o(t)

當位置控制器切換到速度控制器時，將位置控制器輸出與位置控制調整項最后的耦合值作為速度控制器積分初始值，然后位置控制器輸出與位置控制調整項耦合置0：

o(t)＝a(t)，a(t)＝0

當位置控制器有效時，位置控制調整項根據位置控制器輸出自動調整，調整規則為，若一段時間內位置控制器輸出值方差小于閾值D_y，則位置控制調整項a累加當前位置控制器輸出值o與比例參數k的乘積：

a(t)＝a(t-1)+k*o(t)

當深度偏差滿足控制精度并且保持穩定后，位置控制調整項的大小可視為剩余浮力的大小。