[发明专利]载人潜水器的运动控制方法

说明书

本发明公开了一种载人潜水器的运动控制方法，包括以下步骤：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；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；采用全阶非奇异终端滑模设计滑模控制器；根据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。本发明能够有效提高潜水器运行控制的鲁棒性并避免抖振现象，同时能够很好地进行潜水器的推力控制分配并降低能耗。

技术领域

本发明涉及载人潜水器的运动控制技术领域，具体涉及一种载人潜水器的 运动控制方法。

背景技术

现有的载人潜水器通常采用PID控制方法进行运动控制，并通过直接求取 控制矩阵的伪逆对控制作用进行推力分配，但是上述控制方法的鲁棒性不强， 而具有较强鲁棒性的滑模控制算法又存在抖振现象的问题，并且上述推力分配 方法能耗较大，易造成资源的浪费，无法满足使用需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种载人潜水器的运动控制方法，能够有 效提高潜水器运行控制的鲁棒性并避免抖振现象，同时能够很好地进行潜水器 的推力控制分配并降低能耗。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

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。

在其中一个实施方式中，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。

在其中一个实施方式中，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：