[发明专利]基于T-S模糊观测器补偿的UUV控制方法

摘要

基于T‑S模糊观测器补偿的UUV控制方法，涉及一种UUV控制方法。为了解决在有海流干扰时UUV跟踪航迹不精确的问题。包括：获取UUV下一步的期望航迹；姿态控制器根据期望轨迹进行跟踪误差，解算出下一步垂直舵与水平舵的舵角信息；T‑S模糊观测器根据海流干扰、当前UUV状态信息和航迹位置误差对UUV进行观测，估计出UUV下一步的状态信息；将UUV下一步的状态信息作为航速控制器的输入信号，获得推进器的下一步的推力；根据垂直舵与水平舵的舵角信息和推力，对UUV进行控制，获得UUV的运动状态，进而确定UUV的航迹，判断该航迹是否达到期望轨迹。本发明用于UUV跟踪水下线缆或管道、水下搜救、深海资源探测及地形探测。

主权项

1.一种基于T‑S模糊观测器补偿的UUV控制方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：获取UUV下一步的期望航迹；步骤二：姿态控制器根据期望轨迹进行跟踪误差，解算出下一步垂直舵与水平舵的舵角信息；步骤三：T‑S模糊观测器根据海流干扰、当前UUV状态信息和航迹位置误差对UUV进行观测，估计出UUV下一步的状态信息；所述航迹位置误差为期望轨迹与T‑S模糊观测器当前估计出的状态信息和UUV当前的状态信息的差值；步骤四：将步骤三获得的UUV下一步的状态信息作为航速控制器的输入信号，获得推进器的下一步的推力；步骤五：根据步骤二获得的垂直舵与水平舵的舵角信息和步骤三获得的推力，对UUV进行控制，并获得UUV的运动状态；步骤六：根据步骤五获得的运动状态确定UUV的航迹，判断该航迹是否达到期望轨迹，若是，转入步骤一，若否，则转入步骤二；所述步骤三中，T‑S模糊观测器为：所述T‑S模糊观测器是针对UUV近水面航行建立，忽略UUV的横倾角；其中，选取未建模动态的观测更新律为：n为T‑S模糊观测器建立规则的数量，i＝1,2,...,n；为UUV下一步在{B}下的线速度和角速度矢量；y为UUV当前状态输出；为UUV下一步的状态输出；wi(z)为相应规则的归一化权值函数，z＝[u,v,w,q,r,(v2+w2)2]T，u、v和w为UUV线速度矢量在艇体坐标系{B}下的三个分量；p、q和r分别为UUV角速度矢量在艇体坐标系{B}下的三个分量，p＝0；Ai为相应规则所对应的UUV动力学模型的非线性项线性化的常量矩阵；Di相应规则所对应的输入矩阵；Mi为相应规则的外界干扰的增益矩阵；τ为控制力或控制力矩；Li为相应规则所对应的增益矩阵；T为UUV的系统惯性矩阵，含附加质量，m11为ξ方向的惯性质量，m22为η方向的惯性质量，m33为ζ方向的惯性质量，m44为η方向的惯性矩，m55为ζ方向的惯性矩；外界干扰力或外界干扰力矩τd＝Aδix+Bδiu+ai，Aδi为相应规则所对应的状态干扰系数矩阵，Bδi为相应规则所对应的输入干扰系数矩阵，ai为相应规则所对应的外界干扰系数矩阵；ey为状态观测误差；P为变换矩阵；为C的伪逆；C＝I为线性化后的常矩阵；˙表示求导；其特征在于，所述T‑S模糊观测器的获取方法包括：步骤A：建立UUV动力学模型；步骤B：根据动力学模型，获得UUV动力学方程式，并依据模糊规则将UUV动力学方程式转换为T‑S模糊模型为：其中，x＝[u,v,w,q,r]T∈R5×1表示UUV当前在艇体坐标系{B}下的线速度和角速度矢量，τd为外界干扰力或外界干扰力矩；Ai∈R5×5,Mi∈R5×5,Di∈R5×5；步骤C：将UUV所受τd表示为τd＝Aδx+Bδu+a，将其带入步骤二中T‑S模糊模型得出含有未建模动态的T‑S模糊模型为：其中，Aδ为模糊前的状态干扰系数矩阵，Bδ为模糊前的输入干扰系数矩阵，a为模糊前的外界干扰系数矩阵；Aδi∈R5×5，Bδi∈R5×5，ai∈R5×5；步骤D：根据步骤C得出的T‑S模糊模型得到模糊观测器：其中，选取未建模动态的观测更新律为：