[发明专利]欠驱动AUV的虚拟锚泊水平面区域镇定控制方法及实现方法

权利要求书

1.一种欠驱动AUV的虚拟锚泊水平面区域镇定控制方法，其特征是：

步骤一、通过AUV的外部控制输入所要到达的目标位置的控制命令；

步骤二、通过AUV上的设备所测量到的位姿计算出当前位置与目标位置之间的间距和锚链角；

步骤三、判断是否符合：1.到达有效范围内；2.控制变量处于收敛状态，如果符合则退出；如果不符合则执行步骤四；

步骤四、启动虚拟锚泊水平面区域镇定控制，将锚链角θ和现在位置与目标位置的间距d，输入到悬链线方程中，计算出悬链曲线的辅助函数a的初值a₁和a₀，然后采用Traube改进抛物线法进行对a的精确求解，不断的对a进行迭代，直到求解出符合要求的|e|＜ε的a值，e是两相邻点之间的差值，ε为精度；所述采用Traube改进抛物线法进行对a的精确求解具体包括：

(1)γ＝(f(a₁)-f(a₀))/(a₁-a₀)，并求a₂＝a₁-f(a₁)/γ，γ为辅助计算参数

(2)通过下面算式对进行求解，

中α、β、γ、λ为辅助计算参数；

(3)计算误差e＝a₃-a₂，若|e|＜ε结束，否则继续；

(4)令

a₀＝a₁ f(a₀)＝f(a₁)

a₁＝a₂ f(a₁)＝f(a₂)

a₂＝a₁ f(a₂)＝f(a₁)

(5)转(2)，继续计算；

步骤五、根据悬链线辅助方程计算出锚链张力的水平分力F_h；

步骤六、对水平分力F_h按照欠驱动AUV的随艇坐标进行分解，分为纵向力F_xm和横向力F_ym以及转艏力矩M_m，其中，纵向力F_xm为AUV所要产生的纵向推力X，转艏力矩M_m为AUV所要产生的转艏力矩N；

步骤七、通过主推推力和垂直舵的不断工作对AUV不断的调整，使得其靠近目标点位置，寻找顶流的方向，实现区域镇定的控制目标。

2.根据权利要求1所述的欠驱动AUV的虚拟锚泊水平面区域镇定控制方法，其特征是：计算出悬链曲线的辅助函数a的初值a₁和a₀的公式为：

f(a)为悬链线的辅助函数，x＝d，y＝h，h为锚孔至底土高度。

3.根据权利要求1或2所述的欠驱动AUV的虚拟锚泊水平面区域镇定控制方法，其特征是：根据悬链线辅助方程计算出锚链张力的水平分力F_h的公式为：

F_h＝a·q

q为悬链的线密度。

4.根据权利要求1或2所述的欠驱动AUV的虚拟锚泊水平面区域镇定控制方法，其特征是纵向力F_xm、横向力F_ym以及转艏力矩M_m具体为：

F_xm＝F_h cos(ψ-θ)

F_ym＝F_h sin(ψ-θ)

M_m＝F_hl_m sin(ψ-θ)

其中，F_xm为F_h经过分解后的纵向力，F_ym为F_h经过分解后的横向力，M_m为F_h经过分解后的转艏力矩，F_h为锚链张力的水平分力，ψ为AUV的艏向角，l_m为锚泊水平分力到作用点的力臂，θ为锚链角。