[发明专利]基于扰动逼近的底栖式AUV固定时间快速轨迹跟踪控制方法

说明书

基于扰动逼近的底栖式AUV固定时间快速轨迹跟踪控制方法，涉及水下航行器控制领域，针对现有技术中难以实现快速高精度轨迹跟踪控制的问题，包括步骤一：建立可底栖式AUV运动方程，并根据可底栖式AUV运动方程构建轨迹跟踪误差模型；步骤二：构建快速固定时间收敛系统，并根据快速固定时间收敛系统及轨迹跟踪误差模型设计观测器，并根据观测器估计扰动集总项；步骤三：基于快速固定时间收敛系统设计固定时间滑模面；步骤四：利用快速固定时间收敛系统、固定时间滑模面及扰动集总项设计控制器。采用本申请可以实现快速高精度轨迹跟踪控制。

技术领域

本发明涉及水下航行器控制领域，具体为基于扰动逼近的底栖式AUV固定时间快速轨迹跟踪控制方法。

背景技术

作为人类探索和开发海洋的重要工具，自主式水下机器人(AUV)可以在军事和民用领域起到非常大的作用。当下，AUV主要被分为大范围运行的巡航式AUV以及用于小范围运行的悬停式AUV两种类型。虽然这两种AUV都能在日常工作中起到极大的作用，但是也具有比较大的缺陷，如：巡航式AUV的定点观察能力较差、悬停式AUV的大范围调查能力较差。开发一种高度自治并兼具巡航式AUV与悬停式AUV的特点的新型AUV是非常有意义的，可以实现对海洋的进一步观测。因此，底栖式AUV的概念也由此被提出，可底栖式AUV是一种结合了悬停式AUV与巡航式AUV全部特性的一种新型水下航行器，它的特点在于可以在完成海底坐标高精度探测任务的同时，满足对微小目标识别的需求。不过，复杂的功能也导致可底栖式AUV具有更复杂的系统。此种改型AUV也是一类典型的非线性强耦合系统，不仅具有工作环境复杂、水动力参数难以精确求解等AUV共性的研究障碍，而且在大规模部署以及精确坐沉于海底的作业要求下，存在水动力系数摄动、载体易发生碰撞等影响因素。

底栖式AUV需要具备良好的距海底面定高航行能力、抗干扰能力以及高精度的路径跟踪性能才能完整、高效地完成指定区域的海底油气地震勘探，使可底栖式AUV能够实现从初始状态跟踪设定轨迹并完成规定任务的前提是设计有效地控制律，在较短时间内保证跟踪位置误差的全局一致渐进稳定，进而实现在指定区域的高精度快速部署作业需求。目前常见的AUV控制方法通常是针对外界扰动设计鲁棒控制器或用神经网络逼近系统的总干扰。但是，此类方法具有以下缺点：一、控制精度有限，二、调整速度较慢，当这类方法应用在可底栖式AUV这一类工作环境较恶劣，对轨迹跟踪精度要求高，需要快速对外界干扰做出反应的AUV上时，难以实现快速高精度轨迹跟踪控制。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术中难以实现快速高精度轨迹跟踪控制的问题，提出一种基于扰动逼近的底栖式AUV固定时间快速轨迹跟踪控制方法。

本发明为了解决上述技术问题采取的技术方案是：

基于扰动逼近的底栖式AUV固定时间快速轨迹跟踪控制方法，包括以下步骤：

步骤一：建立可底栖式AUV运动方程，并根据可底栖式AUV运动方程构建轨迹跟踪误差模型；

步骤二：构建快速固定时间收敛系统，并根据快速固定时间收敛系统及轨迹跟踪误差模型设计观测器，并根据观测器估计扰动集总项；

步骤三：基于快速固定时间收敛系统设计固定时间滑模面；

步骤四：利用快速固定时间收敛系统、固定时间滑模面及扰动集总项设计控制器。

进一步的，所述可底栖式AUV运动方程表示为：

v＝[u,v₀,r]^T