[发明专利]自主式水面机器人轨迹跟踪的积分滑模获取方法及系统

说明书

本发明涉及自主式水面机器人控制技术领域，特别涉及自主式水面机器人轨迹跟踪的积分滑模获取方法及系统。包括建立含有外部干扰的自主式水面机器人以及被跟踪期望轨迹的运动学和动力学模型，然后引入辅助变量，将含有外部干扰的基于自主式水面机器人的模型转化为跟踪误差系统模型，设计积分滑模面和固定时间干扰观测器，基于干扰估计值设计自主式水面机器人的轨迹跟踪积分滑模控制方案；本方法可以有效降低外部干扰对自主式水面机器人的影响，实现精确控制，适用于自主式水面机器人的固定时间轨迹跟踪控制。

技术领域

本发明涉及自主式水面机器人控制技术领域，特别涉及自主式水面机器人轨迹跟踪的积分滑模获取方法及系统。

背景技术

近年来，自主式水面机器人受到重视，自主式水面机器人是集控制装置、导航定位装置、自诊断和故障处理装置、测量装置和能源装置于一体的具有智能行为的机器人，其中控制装置是自主式水面机器人在水面进行作业的控制中心，是机器人控制的核心技术所在。但是，自主式水面机器人所处的水面环境存在众多的干扰因素，这些因素会影响控制装置对机器人做出正确的指令。因此，如何设计自主式水面机器人的控制方案，以消减外部干扰而不影响稳定性以及提高控制性能是非常重要的。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，针对带有外部干扰的自主式水面机器人系统，提供一种固定时间轨迹跟踪控制方法，消减了外部干扰因素，且轨迹跟踪性能良好的自主式水面机器人轨迹跟踪的积分滑模获取方法及系统。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：自主式水面机器人轨迹跟踪的积分滑模获取方法，包括以下步骤：

步骤1：建立含有外部干扰的自主式水面机器人以及被跟踪期望轨迹的运动学模型和动力学模型；

步骤2：引入辅助变量，把含有外部干扰的水面机器人模型和被跟踪期望轨迹的系统模型转化为自主式水面机器人的跟踪误差系统模型；

步骤3：设计积分滑模面和固定时间干扰观测器，得到基于固定时间干扰观测器的积分滑模控制器。

进一步的，所述步骤1的具体内容如下：

建立含有外部干扰的自主式水面机器人运动学模型和动力学模型

其中表示自主水面机器人的位置和航行角，υ＝[u,ν,r]^T表示线速度和角速度，为转动惯量矩阵，M为惯性矩阵，C(υ)为科里奥利和向心矩阵，D(υ)为阻尼矩阵，g(η,υ)为重力矩阵，τ(t)为控制输入，d_l(t)为外部干扰，S(r)＝[0-r 0；r 0 0；0 0 0]；

建立被跟踪期望轨迹的运动学模型和动力学模型，

进一步的，所述步骤2的具体内容如下：

定义系统(1.1)转化为如下的形式，

其中Θ(η，σ)＝S(σ)σ-RM^-1(C(R^Tσ)+D(R^Tσ))R^Tσ-RM^-1(C(R^Tσ)+D(R^Tσ))R^Tσ；

定义系统(1.2)转化为如下的形式，

其中

针对系统(1.3)和(1.4)，建立自主式水面机器人的跟踪误差系统模型，

进一步的，所述步骤3的具体内容如下：