[发明专利]一种基于粒子群算法优化自适应滑模控制参数的AUV航向角控制方法

权利要求书

1.一种基于粒子群算法优化自适应滑模控制参数的AUV航向角控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：建立AUV的航向运动模型为

其中，ψ为AUV的航向角，r为偏航角速度，I_Z为载体坐标系下的沿z轴方向上的转动惯量；λ₆₆为载体坐标系中沿z轴方向旋转运动产生的附加质量；λ₆₂为载体坐标系中沿y轴方向平移运动产生的附加质量，m为水下航行器的质量，x_G为重心在载体坐标系中x轴上的横坐标，u和v分别为水下航行器在载体坐标系下的纵向速度和侧向速度，为合速度；β为侧滑角，描述的是合速度v₀与载体坐标系中x轴与z轴所在平面之间的夹角，τ_r为航向输入力矩，d(t)为有界的未知外界扰动，且满足|d(t)|≤d，其中d为外界扰动的上界；为载体坐标系下偏航力矩对角速度r的旋转导数、为载体系中偏航力矩因素对侧滑角β的位置导数，ρ为海水的密度，L为水下航行器在载体坐标系中沿x轴方向的长度，S为水下航行器沿x轴方向的最大横截面面积；x和y分别表示在固定坐标系中AUV的横坐标和纵坐标；

步骤2：将步骤1运动模型中的动力学方程改写为：

其中，h＝[c₁,c₂]，Y＝[r,β]^T，和是模型的不确定性参数，c₃＝1/mx_Gu是开环的控制增益；

步骤3：设计基于自适应滑模控制的AUV航向控制律为：

其中，为指数趋近律，滑模面函数为式中e_ψ＝ψ-ψ_d为航向角误差，为航向角误差的一阶导数；系数k、η和c为通过粒子群算法整定的参数，且三个参数均为正常数；为h的估计值；为c₃的估计值；根据航向控制律解算得到的航向输入力矩τ_r，实现对AUV的航向角控制；

在通过粒子群算法对系数k、η和c进行整定时，采用的适应度函数为选择动态惯性权重为

其中t为当前迭代次数，G为设定的最大迭代次数，并得到粒子速度更新公式和位置更新公式分别为

V_ij(t+1)＝ω(t)×V_ij(t)+a₁×rand()×(pbeast_ij(t)-X_ij(t))+a₂×rand()×(gbest_ij(t)-X_ij(t))

X_ij(t+1)＝X_ij(t)+V_ij(t+1)

其中i代表第i个粒子，j＝1,2,3代表粒子的第j维，X_i(t)＝[X_i1(t),X_i2(t),X_i3(t)]为粒子i在第t代的位置，V_i(t)＝[V_i1(t),V_i2(t),V_i3(t)]为粒子i在第t代的速度；a₁、a₂为加速度常数；pbeast_ij(t)为第t代的第i个粒子的个体极值，gbest_ij(t)第t代的全局极值。