[发明专利]基于滑模算法与推力二次调整的自主式水下机器人推进器容错控制方法

摘要

本发明属于自主式水下机器人推进器故障容错技术领域，具体涉及一种基于滑模算法与推力二次调整的自主式水下机器人推进器容错控制方法，采用双极性函数去代替符号函数，实现切换增益和边界层厚度自适应调节，削弱滑模容错控制的抖振现象；采用滑模控制与推力二次调整相结合的容错控制方法，使推进器优先权矩阵中的故障推进器权值系数随着故障程度的变化而变化，降低故障推进器的控制电压；在控制律中加入相应的控制补偿值去消除该偏差的影响，达到容错控制的目的。本发明解决自主式水下机器人由于滑模控制中引入符号函数所带来的抖振问题，通过结合故障诊断系统提供的故障信息，降低故障推进器的使用等级，降低推进器故障对系统跟踪性能的影响。

主权项

1.基于滑模算法与推力二次调整的自主式水下机器人推进器容错控制方法，其特征在于，该方法步骤如下：(1)在现有的自主式水下机器人动力学模型的基础上，利用常用的推进器故障表示方法，描述故障后的自主式水下机器人动力学模型，为后续容错控制器设计做准备；(2)根据滑模控制器设计流程，推导出无故障情况下的控制律，并利用Lyapunov稳定性理论进行稳定性分析；(3)采用双极性Sigmoid函数来代替步骤2所得控制律中的符号函数sgn(S)；(4)采用自适应策略来对切换增益和边界层厚度进行在线估计以及调整，并将所得的切换增益和边界层厚度代入至原控制律中，并利用Lyapunov稳定性理论进行稳定性分析；(5)将上述步骤所获得的控制律，通过推力分配算法分配给各个执行器以进行控制，考虑到故障推进器故障大小对自主式水下机器人力及力矩的影响，采用推进器的优先权矩阵表示推进器的使用优先等级，在故障诊断给出诊断结果后，为保护故障推进器，降低其使用优先等级，把故障程度系数λ反馈给推力分配器，通过调整各个推进器所对应的权值元素wi的大小，改变推进器优先等级、调节分配结果；(6)采用故障诊断系统提供的故障描述因子矩阵与推进器权值矩阵获得推进器故障的影响向量，在上述步骤所获得的控制律中加入该影响向量补偿推进器故障引起的控制性能不足，完成整个推进器容错控制过程。