[发明专利]载人潜水器的运动控制方法

权利要求书

1.一种载人潜水器的运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据载人潜水器的位置信息、姿态信息以及受到的复合干扰信息建立载人潜水器的动力学模型；

2)对载人潜水器的动力学模型进行简化；并构建扩张状态观测器，利用扩张状态观测器获取复合干扰信息的估计值；

3)采用全阶非奇异终端滑模设计滑模控制器；

4)根据所述滑模控制器和二次规划方法对载人潜水器的推力进行控制分配。

2.如权利要求1所述的载人潜水器的运动控制方法，其特征在于，步骤1)中所述载人潜水器的动力学模型为：

其中，η为载人潜水器的位置姿态矩阵，J(η)为坐标转换矩阵,v为速度矩阵；M为惯性矩阵，C(v)为科氏力及向心力矩阵，D(v)为流体阻力矩阵，G(η)为由重力和浮力组成的回复力矩阵，τ为推进器总推力矩阵，d_l为载人潜水器受到的复合干扰信息；

其中，τ＝Bu，B为行满秩矩阵，其列数大于行数，u为推进器实际推力。

3.如权利要求2所述的载人潜水器的运动控制方法，其特征在于，步骤2)中对载人潜水器的动力学模型进行简化的方法包括以下步骤：

A1)对动力学模型进行变换得到以下公式：

其中，v_a＝J(η)v，M₀表示M的标称值，C₀(v)为C(v)的标称值，D₀(v)为D(v)的标称值,G₀(v)为G(v)的标称值；

A2)令x＝v_a，f(x)＝-M₀^-1C₀(v)v-M₀^-1D₀(v)v-M₀^-1G₀(v)，g₁(x)＝M₀^-1B，g₂(x)＝M₀^-1，则将公式转换为以下仿射非线性系统方程：

4.如权利要求3所述的载人潜水器的运动控制方法，其特征在于，所述步骤2)扩张状态观测器为：

其中，表示x₁的估计值，表示x₂的估计值，表示载人潜水器受到的复合干扰信息d_l的估计值。

5.如权利要求4所述的载人潜水器的运动控制方法，其特征在于，所述步骤3)中采用全阶非奇异终端滑模设计滑模控制器的方法包括以下步骤：

B1)定义e_η＝η-η_d和并设计全阶非奇异终端滑模面s：

其中，e_η表示载人潜水器位置的跟踪误差，η_d载人潜水器位置的期望位置，e_v表示载人潜水器速度的跟踪误差，Λ_v表示速度的正定对角矩阵，Λ_η表示位置的正定对角矩阵，a_v表示速度指数，a_η表示位置指数；

B2)根据全阶非奇异终端滑模面s和得出全阶非奇异终端滑模控制律：

τ＝τ_eq+τ_n；

τ_n+Λ_lfτ_n＝κ；

κ＝-Λ_ssgn(s)；

其中，τ_eq表示等效控制量，τ_n表示切换控制量，Λ_lf表示低通滤波参数的正定对角矩阵，Λ_s表示滑模面的正定对角矩阵。

6.如权利要求5所述的载人潜水器的运动控制方法，其特征在于，所述步骤4)中对载人潜水器的推力进行控制分配的方法包括以下步骤：

C1)建立以下二次规划问题模型：

|u_i|≤u_bound,i＝1,2,.....8

其中，τ为推进器总推力矩阵，B为行满秩矩阵，其列数大于行数，u为推进器实际推力，H和Q均为正定对角矩阵，σ为松弛变量，u_i为u中第i个元素，表示第i个推进器的推力，u_bound表示边界值；

C2)使用内点法对步骤C1)中的二次规划问题模型进行求解，从而完成对载人潜水器的推进器推力的配置。