[发明专利]一种基于事件触发机制的多水下航行器自适应模糊二部一致控制方法

说明书

本发明提供一种基于事件触发机制的多水下航行器自适应模糊二部一致控制方法。用于解决海洋航行器资源浪费的问题，本发明方法将复杂的多水下航行器运动学及动力学系统转化为简单的二阶非线性多智能体系统模型，针对构建出的二阶非线性多智能体系统模型设计分布式控制器。通过引入的命令滤波器反步后推技术来消除命令滤波器设计过程中产生的误差。利用李亚普诺夫分析，能够保证所考虑的系统是二部的位置收敛到原点小邻域内。此外，本发明针对事件触发机制带来的测量误差，提出了一种自适应事件触发控制策略，以减少执行器和控制器的高频更新，延长执行器的使用寿命，降低能耗。

技术领域

本发明涉及多水下航行器控制技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于事件触发机制的多水下航行器自适应模糊二部一致控制方法。

背景技术

在过去的几年里，自主式水下航行器在海洋勘探领域发挥了重要作用，由于它的体积小，重量轻，并且低成本，所以吸引了越来越多来自控制领域内的研究者们。因此，水下机器人对集体从事海洋活动有很大的影响，如海洋调查和勘探。水下机器人精确定位控制要求获取高质量的数据，这使水下干预任务很困难。同时，在实践中由于它的存储受限，资源受限等方面，如何解决容量和能源有限的问题具有重要的理论和现实意义。因此，研究水下航行器系统变得越来越重要。多水下航行器不仅继承了单水下航行器的优点，自主能力，同时通过合作控制，具有无可比拟的优越性。单水下航行器的分布式结构具有灵活性。由于复杂和不稳定的水下环境，多水下机器人系统协同控制的研究具有挑战性，尤其在在共识问题上。对于水下航行器系统，领导与追随共识问题是基于多智能体系统，主要体现在多智能体系统具有节省能源及加强多个智能体之间通信的优势。此外，在一致性问题上，各主体之间的交互应该是完全合作的，这对提高信息交换的效率有着积极的作用。然而，对于多智能体系统，有限的资源会使智能体之间产生一种的竞争关系。它会带来负面影响，产生最坏的结果，导致系统的不稳定。

另一方面，为了解决自主式水下航行器系统的动力学问题，有许多非线性控制方法，如自适应控制方法、反步后推方法。反步后推方法是一种常用的设计工具，可以用来设计控制器。在现有的反步后推方法中，虚拟控制器的导数计算往往会产生“复杂性爆炸”问题。动态表面控制通过使用一阶滤波器来减轻计算负担。由于滤波引起的误差不能完全消除，所以这种控制方法仍然存在弊端。随着控制理论的发展，为了避免动态面中存在的误差问题，还采用了命令滤波反步法，并提出了误差补偿机制来消除滤波误差。通过使用命令滤波反步后推技术不仅可以解决一致性控制问题，而且可以在反步后推设计过程中消除滤波误差。

在实际的海上作业中，采样周期经常受到外界环境的影响，而执行器的执行速度很大程度上取决于自主式水下航行器的当前位置和速度。长时间的高频工作无疑会造成机械磨损，缩短执行器的使用寿命。针对这些问题，研究者们提出了事件触发跟踪控制方案。只有当特定的事件发生或违反一定的条件时，才能对执行器状态进行调节，以确保有效地降低能量消耗，进而延长系统的使用寿命。因此，事件触发控制方案的核心是设计合适的触发机制。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于事件触发机制的多水下航行器自适应模糊二部一致控制方法。本发明考虑有向图来描述水下航行器之间的通信。采用模糊逻辑系统对不确定性进行建模。在反步法中采用命令过滤技术消除补偿误差，降低计算复杂度。此外，本发明的目标是设计事件触发控制律，以延长执行器的使用寿命。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于事件触发机制的多水下航行器自适应模糊二部一致控制方法，包括如下步骤：

S1、建立水下航行器动力学模型及运动学模型；

S2、将步骤S1建立的水下航行器动力学模型及运动学模型转化为一个简单的非线性系统模型；

S3、定义跟踪误差模型和李亚普诺夫函数，设计自适应模糊后推控制；

S4、基于上述步骤S1-S3，利用反步后推方法，对航行器进行自适应控制，并设计虚拟控制器及自适应律；