[发明专利]一种AUV横推低速无输出情况下的运动控制方法

说明书

本发明提供的是一种AUV横推低速无输出情况下的运动控制方法。首先是螺旋桨敞水试验获得推进器推力曲线，从而确定推进器有输出情况下的转速区间。然后是模糊控制器根据艏向偏差及艏向偏差变化率求得所需转速，所需转速包含在敞水实验所得转速区间内。最后是将艏向偏差和偏差变化率输入PID控制器，求得推进器以稳定转速工作的时间间隔。推进器在给定的时间间隔内以确定转速工作，驱动AUV到达目标艏向。与传统的考虑推进器非线性约束的控制方法相比，该方法方便高效，无需对推进器的非线性约束进行准确建模或近似估计，直接从准确的转速推力关系出发，建立确定推进器转速及工作时间的阶跃输出控制器，提高了响应速度。

技术领域

本发明涉及的是一种水下航行器控制方法，具体地说是一种AUV横推低速无输出情况下的运动控制方法。

背景技术

随着海洋开发的不断深入，智能水下航行器(AUV)越来越以其体积小，运动灵活，能够自主作业的优点而备受亲睐，其已经成为海洋开发的重要工具。水下航行器要到达指定位置执行特定任务，必须对其进行精准的控制。在实际的控制系统中，由于组成元器件的物理性能的限制，执行器通常会出现死区现象，即执行机构在低速时无输出，在AUV航向控制中其横推低速无输出现象较明显。并且随着生产过程中工作条件和环境的变化而发生变化，使得推进器存在的死区参数是时变的，死区的存在造成控制系统性能严重下降。

目前现有的针对推进器低速无输出情况下的运动控制方法，是对推进器的非线性约束进行准确建模或近似估计，从而建立补偿器，提高控制精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种响应速度快，方便高效的AUV横推低速无输出情况下的运动控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)螺旋桨敞水试验获得推进器推力曲线，

取系列特征转速，测试推进器在每一转速下的推力，建立推力与转速对应关系，确定推进器有输出情况下的转速区间；

(2)在步骤(1)确定的转速区间内，模糊控制器根据艏向偏差及艏向偏差变化率求得所需转速，具体包括：

利用磁罗经测得的实际艏向与目标艏向作差获得艏向偏差，差分获得偏差变化率，通过设定的模糊化规则对艏向偏差及偏差变化率进行模糊化处理获得所需的稳定转速；

(3)将艏向偏差和偏差变化率输入PID控制器，求得推进器以稳定转速工作的时间间隔，

推进器以稳定转速工作，其中稳定转速由步骤(2)模糊控制器求得，当工作时间达到所求的时间间隔时，推进器转速置零，进入下一控制节拍，转到步骤(2)，最终AUV到达目标艏向。

本发明还可以包括：

1、模糊控制器获得所需的稳定转速n_p论域的选取参考敞水实验实测散点值及其变化趋势，所述的模糊控制器的输入输出隶属度函数取为三角隶属度函数，所述的模糊控制器的解模糊方法采用重心法。

2、控制器输出为确定推进器转速及工作时间的阶跃输出，将艏向偏差ψ_e、偏差变化率输入PID控制器，求得推进器以稳定转速工作的时间间隔，

u(t)＝n_p t₀＜t＜t₀+T

式中：K_p,K_I,K_d为PID控制器参数，t₀为上一控制节拍结束时间。