[发明专利]一种具有垂推的低速水下航行器的定深控制方法

摘要

本发明提出一种具有垂推的低速水下航行器的定深控制方法，属于水下航行器控制领域。该方法不依靠传统的舵面控制方式，而通过安装在不同位置的垂向和侧向推进器完成运动控制。在双环输出反馈控制方法的基础上，设计了基于滑模控制的自适应律，在线估计系统参数不确定及未知干扰的上界，不断地通过当前系统的运行状态与期望状态相比较，通过自适应律来改变控制器，使系统能够达到预期的性能指标。

主权项

1.一种具有垂推的低速水下航行器的定深控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立具有垂推的低速水下航行器垂直面运动模型：其中η＝[z θ]T，ν＝[w q]T，μ＝[‑ucsinθ 0]T；z为水下航行器在世界坐标系下的垂向位置坐标，θ为俯仰角，w为水下航行器在体坐标系下的垂向速度，q为俯仰角速度，uc为水下航行器在体坐标系下的前向速度；M为水下航行器俯仰质量矩阵；fC(w,q)，fD(w,q)、fG(θ)分别为理想流体产生的力与力矩组成的向量、流体阻尼力与力矩组成的向量、重力与浮力产生的恢复力与力矩组成的向量；Δ为模型不确定项和外界未知干扰，B为分配矩阵，T＝[T1 T2]T为控制输入，T1，T2分别为前垂推和后垂推产生的推力，l1，l2分别为前垂推和后垂推沿水下航行器纵轴方向到水下航行器体坐标系原点的距离；步骤2：对于步骤1建立的水下航行器垂直面运动模型，采用以下控制律与自适应律进行控制：所述控制律为：其中f_sum＝f_C+f_D+f_G；η_d＝[z_d θ_d]^T，z_d，θ_d分别为期望的深度和俯仰角；e为跟踪误差，e＝η‑η_d＝[e₁ e₂]^T；参数λ＝diag(λ₁ λ₂)＞0且满足Hurwitz稳定，参数τ＝diag(τ₁ τ₂)＞0，为滑模面，滑模面满足sgn(s)＝diag(sign(s₁) sign(s₂))，sign(·)为符号函数；所述自适应律为：其中分别为ρ₁，ρ₂的估计值，ρ为模型不确定项和外界未知干扰Δ的上界，k₁，k₂，ε₁，ε₂为给定的自适应律参数。