[發明專利]自適應模糊AUV穩定跟蹤控制方法及裝置、電子設備

在審

• 申請號: 202211057910.4
• 申請日: 2022-08-30
• 公開（公告）號: CN115291522A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 董山玲;趙含書;劉妹琴
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州君銳知產專利代理事務所(普通合伙) 33443
• 代理人: 應孔月

1.一種自適應模糊AUV穩定跟蹤控制方法，其特征在于，包括：

建立AUV在無水流擾動下的第一動力學模型和水流擾動下的第二動力學模型，所述第一動力學模型和第二動力學模型中存在三種未知狀態變量，分別代表AUV的縱向速度、橫向速度和偏航角速度；

在無水流擾動下，根據所述第一動力學模型，設計第一控制器，使得所述控制器具有穩定性；

加入水流干擾，根據所述第二動力學模型，重新推導所述第一控制器，得到第二控制器，所述第二控制器中含有一未知項；

根據所述AUV的縱向速度、橫向速度和偏航角速度，選定模糊隸屬度函數，再根據所述模糊隸屬度函數，利用模糊基函數計算規則，計算得到模糊基函數；

將所述模糊基函數替換所述未知項；

設置參考路徑，作為AUV的跟蹤路徑，利用替換未知項后的第二控制器進行路徑跟蹤。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，建立AUV在無水流擾動下的第一動力學模型和水流擾動下的第二動力學模型，包括：

選定AUV的橫縱坐標和偏航角，作為AUV平面運動的三個自由度；

利用AUV的縱向速度、橫向速度和偏航角速度，構建所述AUV的橫縱坐標和偏航角的微分方程；

利用慣性矩陣、阻尼矩陣、科里奧利矩陣和向心加速度矩陣，構建控制器和所述AUV的縱向速度、橫向速度和偏航角速度的關系式；

根據所述微分方程和關系式，構建得到在無水流擾動下的第一動力學模型；

將所述關系式加入水流干擾向量，再和所述微分方程一起，構建得到水流擾動下的第二動力學模型。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在無水流擾動下，根據所述第一動力學模型，設計第一控制器，包括：

S21：將AUV的橫縱坐標和偏航角組成AUV的位置向量，將所述AUV的縱向速度、橫向速度和偏航角速度組成AUV的速度向量，所述位置向量和參考位置向量的差作為第一誤差追蹤向量，所述速度向量和命令濾波器的輸出的差作為第二誤差追蹤向量，所述命令濾波器的輸出根據命令濾波技術的方程求得；

S22：引入第一誤差補償向量和第二誤差補償向量，將所述第一誤差追蹤向量和所述第一誤差補償向量的差作為第一誤差向量，將所述第二誤差追蹤向量和所述第二誤差補償向量的差作為第二誤差向量；

S23：將所述第一誤差補償向量、第二誤差補償向量以及所述第一動力學模型結合到所述第一誤差向量和第二誤差向量中，得到第一控制器，所述第一控制器具有穩定性。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，加入水流干擾，根據所述第二動力學模型，重新推導所述第一控制器，得到第二控制器，包括：

利用所述第二動力學模型，將S23中的第一動力學模型替換成所述第二動力學模型，再執行S21-S23，得到第二控制器。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據所述AUV的縱向速度、橫向速度和偏航角速度，選定模糊隸屬度函數，再根據所述模糊隸屬度函數，利用模糊基函數計算規則，計算得到模糊基函數，包括：

選定所述AUV的縱向速度、橫向速度和偏航角速度的論域；

選定模糊隸屬度函數，所述模糊隸屬度函數的自變量分別為所述AUV的縱向速度、橫向速度和偏航角速度，中心點為均勻分布在所述AUV的縱向速度、橫向速度和偏航角速度的論域內的奇數個點，寬度為一確定的正常數，從而得到三組模糊隸屬度函數；

將所述模糊隸屬度函數帶入模糊基函數計算規則中，得到模糊基函數。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，將所述模糊基函數替換所述未知項，包括：

將所述模糊基函數按順序排列組成模糊基函數列向量，所述模糊基函數列向量的維度為所述模糊隸屬度函數中心點個數；

將所述模糊基函數列向量與神經網絡中的權值向量的轉置相乘，得到所述未知項的估計值；根據RBFNN，利用梯度下降算法，得到權值向量中各元素的更新規律，從而得到所述權值向量；

將所述估計值帶入所述第二控制器中，替換所述未知項。