[发明专利]一种AUV反演对接控制方法

说明书

技术领域

本发明属于水下航行器回收对接技术领域，具体涉及一种AUV反演对接控制方 法。

背景技术

AUV(AutonomousUnderwaterVehicle)作为一种水下自主运载工具，依靠自身所 携带的能源航行，可完成水下测量、物品投送等任务，在军事海洋侦察、海洋环境监 测、油田勘测等领域有着重要的作用。AUV执行任务时携带的能源有限，对于长时间 作业的AUV，必须在执行任务的区域通过作业母船对AUV进行布放和回收，以便完 成补充能源、读取信息、维护保障等工作。为了提高作业效率，人们提出了AUV的 水下自主回收系统，自主回收控制已经成为当前海洋工程领域的研究热点之一。

目前，AUV回坞导引方法主要有：

(1)基于横向跟踪控制的回坞导引方法。该方法首先需要定义一条AUV回收的 中轴线，然后AUV根据当前位置与中轴线之间的距离偏差来控制AUV沿中轴线航行， 最终实现AUV的回收。该方法的主要缺点是不适合初始位置在侧面或后面的情况，也 不适用于AUV的动态回收。

(2)基于人工势场的回坞导引方法。该方法采用传统的人工势场法，产生一条可 到达回收站的无碰航路，然后控制AUV沿航路航行，从而实现AUV的回收。该方法 的主要缺点是存在着局部极小点的问题，即AUV在靠近回收站时同时受到引力和斥 力，合力可能为零，一旦AUV陷入局部极小点就会出现回收站不可达问题，且在狭 窄区域易发生路径抖动等现象。

(3)基于模糊理论的AUV回收运动方法。依据模糊控制理论的基础，并根据控 制对象的特点，制定模糊控制规则，设计出模糊控制器，对AUV的回收运动过程进 行控制。该方法的主要缺点是模糊控制规则的获取以及输入模糊变量论域和隶属函数 的确定都是实验分析和操作人员经验的汇总，受人为主观因素的影响较大。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种AUV反演对接控制方法，在AUV 靠近对接站的过程中，AUV通过USBL定位系统获取应答器在体坐标系中的位置, AUV应答器位置测量方程式对时间求导，在AUV体坐标系中定义对接误差。对接过 程中AUV处于全驱动航行模式，针对对接误差，设计非线性反演控制器，使AUV沿 着期望的直线航迹航行直至抵达对接站。

技术方案

一种AUV反演对接控制方法，其特征在于：USBL收发器安装在AUV的头部， 两个USBL应答器B₁和B₂安装在回收站的两侧，AUV通过USBL定位系统获取应答 器在体坐标系中的位置；对接控制步骤如下：

步骤1：AUV在回收坐标系xoy下从初始点X(0)[x0y0]^T以初始航向角ψ(0)开 始进行回坞导引，其中：x、y为AUV在回收坐标系下的位置坐标，(x(0),y(0))为AUV 航行之前设定的初始值；

所述回收坐标系xoy是：以回坞面对水面的侧边为y轴，侧边的中心为o点，与侧 边垂直的回坞中心轴线为x轴；

步骤2：当接收到AUV的USBL收发器的测量信息，从中提取AUV通过USBL 定位系统获取应答器在体坐标系中的位置，表示为：