[发明专利]一种面向欠驱动AUV的航行控制方法

说明书

本发明涉及一种基于智能积分的分段PID控制与模糊控制方法融合的欠驱动AUV航行控制方法，该方法将欠驱动AUV航行控制分为采用带有仿人智能积分的PID控制方法进行水平面航行控制和采用带有智能积分的分段PID控制与模糊控制结合的垂直面航行控制两部分，控制过程中两部分根据各自的控制方法单独运行，控制参数互不耦合，能够分别输出航行器的目标垂直舵角及目标水平舵角从而实现对欠驱动AUV的航行控制功能。该控制方法消除了垂直面控制对稳态攻角的依赖并减小了欠驱动AUV航速变化对航行控制参数的影响，因而减少了控制方法中需要整定的参数及参数整定的难度。

技术领域

本发明涉及一种欠驱动AUV航行控制方法，具体说是一种基于智能积分PID控制与模糊控制方法融合的欠驱动AUV航行控制方法。

背景技术

欠驱动AUV是指独立控制输入维数少于系统自由度的海洋机器人，其代表是采用主推进器+鳍舵(或一组锥形分布的矢量推进器，一般为4个)作为航行控制执行机构的AUV。国内在该类型AUV航行控制方面多采用单独的PID控制、滑膜控制及模糊控制的控制方法。这些方法的PID过程中的积分环节是普通的不具有智能判断的积分方法。这种积分方法在欠驱动AUV控制过程中具有以下几点不足：

(1)当被控量发生阶跃时在被控量向新目标值趋近过程中且尚未达到目标值前，会对误差信息进行过多累加，该过程容易产生较大的超调量，进而加长调节时间；

(2)当被控量发生超调并且比例和积分环节已产生控制作用导致超调量正在减少时，对误差信息仍在累加，这会照成反向超调，进而加长调节时间。

(3)当由于稳态误差存在进而积分项产生控制作用后，在被控量向目标值趋近过程中积分项仍在进行累加，这会影响稳态控制精度。

同时，这种方法如果想得到较好的控制效果需要基于准确的航行控制模型作为参数确定依据，但AUV在不同航行速度下其航行控制模型均有差异，因此该控制方法鲁棒性和智能性足，并且控制器如果想要得到较好的控制参数需要针对每一稳定的航行控制模型开展大量的试航数据进行参数整定，消耗大量的人力物力及参数整定时间。

发明内容

针对上述技术不足，本发明的目的是提供一种基于智能积分PID与模糊控制方法融合的欠驱动AUV航行控制方法。该方法具有更好的鲁棒性及智能性，并可以消除控制对稳态攻角的依赖，控制参数的整定更加简便。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种面向欠驱动AUV的航行控制方法，包括：

水平面航行控制方法，通过AUV上的惯性测量单元分别获取AUV的航向角及航向角速度，用以控制AUV在水平面航行；

垂直面航行控制方法，通过AUV上深度计获取AUV的当前深度，通过AUV上的惯组单元获取AUV的当前纵顷角及纵顷角速度，用以控制AUV在垂直面航行。

所述水平面航行控制方法为：

rud_ver＝P_h_i*d_heading+D_h_i*heading_rate+I_h_i*i_heading_i

其中，rud_ver表示垂直舵角控制值，d_heading表示航向角偏差，heading_rate表示航向角速度，i_heading_i表示航向角偏差积分，P_h_i、D_h_i和I_h_i分别表示比例系数、微分系数和积分系数，各参数中的下标i表示不同航速下的对应量如2节、3节、4节航速。

在航向角偏差积分计算时，存在以下情况：

(1)当目标航向与当前航向的差值增大时，则进行积分；