[发明专利]一种无缆自治水下机器人的潜浮控制方法

权利要求书

1.一种无缆自治水下机器人的潜浮控制方法，其特征在于，包括纵倾角控制和垂向速度控制，具体包括以下步骤：

通过安装在水下机器人上的传感器实时采集纵倾角和垂向速度信号；

将纵倾角和垂向速度信号作为反馈信号，并结合纵倾角和垂向速度的实际控制量进行扩张状态观测，得到纵倾角、纵倾角速率、垂向速度及系统总扰动的估计值；

对纵倾角和垂向速度的设定值通过跟踪微分器进行滤波，得到纵倾角的跟踪值及其微分值、垂向速度的跟踪值；

将纵倾角的跟踪值及其微分值分别与纵倾角和纵倾角速率的估计值作差；将垂向速度的跟踪值与垂向速度的估计值作差；

将上述差值结果进行非线性反馈控制，反馈控制结果和系统总扰动的估计值构成了纵倾角和垂向速度的控制量；

纵倾角和垂向速度的控制量输入给水下机器人进行实时控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述对纵倾角和垂向速度的设定值通过跟踪微分器进行滤波采用离散方程形式，设计如下：

其中，fst(v₁(k)-v(k),v₂(k),r₀,h)：

其中，r₀是决定过渡过程快慢的速度因子，r₀值越大，过渡过程越快；v是设定值，h是采样步长，v₁是输入信号v的跟踪值，v₂是v的近似微分信号，k是采样点；

当对纵倾角的设定值通过跟踪微分器进行滤波时，v是θ_ref；当对垂向速度的设定值通过跟踪微分器进行滤波时，v是w_ref。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述将纵倾角和垂向速度信号作为反馈信号，并结合纵倾角和垂向速度的实际控制量进行扩张状态观测，采用线性形式，其中，纵倾角控制的扩张状态观测采用以下公式设计：

其中，z₀₁和z₀₂分别为扩张状态观测器对水下机器人的纵倾角θ及其微分值的估计，z₀₃是系统总扰动的估计值，θ为系统输出，β₀₁，β₀₂，β₀₃为可调参数，h为采样步长，k是采样点，u₁是未加补偿的纵倾角控制量输出，b₁是控制量的放大系数；

垂向速度控制的扩张状态观测用以下公式设计：

其中，z₁₁为扩张状态观测器对水下机器人的垂向速度w的估计，z₁₂是系统总扰动的估计，w为系统输出，β₁₁和β₁₂为可调参数，k是采样点，u₂是未加补偿的垂向速度控制量输出，b₂是控制量的放大系数。