[发明专利]一种基于自抗扰的中性浮力机器人姿态与轨迹控制方法

权利要求书

1.一种基于自抗扰的中性浮力机器人姿态与轨迹控制方法，其特征在于，先利用delta算子理论，构建中性浮力系统delta域动力学状态方程；通过delta域跟踪微分器安排输入信号的过渡过程；针对中性浮力系统中水的阻力以及各控制力之间的耦合项确定delta域扩张状态观测器；利用跟踪微分器的输出状态与扩张状态观测器的估计状态，设计复合抗干扰控制器，完成中性浮力系统中机器人姿态与轨迹控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于自抗扰的中性浮力机器人姿态与轨迹控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1、根据地理坐标系Ox_ny_nz_n、机器人体坐标系Ox_by_bz_b，以及中性浮力系统在体坐标系下的动力学模型得到系统模型，根据delta算子定义，构建中性浮力系统delta域动力学状态模型；

S2、建立delta域跟踪微分器如下：

其中，v₀为给定输入信号，v₁(t_k)为v₀的跟踪输出信号，v₂(t_k)为v₁(t_k)的微分信号，r₀∈R⁶和h₀∈R⁶为可调参数，F_han表示非线性函数；

S3、建立delta域扩张状态观测器模型如下：

其中，和分别是x₁(t_k)，x₂(t_k)和f(t_k)的观测值；β₁，β₂和β₃为观测器的可调参数，b为一个可调节的常数对角矩阵，u(t_k)为系统输入；

S4、定义跟踪微分器与扩张状态观测器的误差信号，建立基于跟踪微分器与扩张状态观测器的复合控制器，完成中性浮力系统中机器人姿态与轨迹控制。

3.根据权利要求2所述的一种基于自抗扰的中性浮力机器人姿态与轨迹控制方法，其特征在于，步骤S1中，所述中性浮力系统delta域动力学状态模型如下：

δx₁(t_k)＝x₂(t_k),

δx₂(t_k)＝bu(t_k)+f(t_k)

其中，b为一个可调节的常数对角矩阵，令f(t_k)＝(b_t-b)u(t_k)+d(t_k)作为系统中的总干扰，令x₁＝η，u＝τ，t_k表示系统运行步数。

4.根据权利要求3所述的一种基于自抗扰的中性浮力机器人姿态与轨迹控制方法，其特征在于，建立地理坐标系Ox_ny_nz_n：分别指机器人在Ox_n、Oy_n和Oy_z方向的位置；分别指机器人的横滚角，俯仰角以及偏航角；建立实验体坐标系Ox_by_bz_b：为线速度向量，为角速度向量，得到所述系统模型如下：

其中，J(η)为运动系数矩阵，M_η(η)＝J^-T(η)MJ^-1(η)，D_η(η,v)＝J^-T(η)D(v)J^-1(η)，g_η(η)＝J^-T(η)g(η)。