[发明专利]欠驱动AUV自适应轨迹跟踪控制装置及控制方法

权利要求书

1.一种欠驱动AUV自适应轨迹跟踪控制装置，包括参考路径生成器(1)、微分同胚变换器(6)、纵向速度虚拟控制器(9)、艏摇角速度虚拟控制器(10)、参数估计器(11)、纵向推力及转艏力矩控制器(14)，其特征是：测量元件(3)采集的AUV实际位置和航向角以及参考路径生成器(1)产生的参考位置和参考航向角信息，通过微分同胚变换器(6)得到新的状态变量，然后将新的状态变量及传感器(5)采集的速度和角速度信息，传递给参数估计器(11)和纵向推力及转艏力矩控制器(14)，通过解算得到控制指令去驱动执行机构，调整AUV的纵向推力和转艏力矩。

2.根据权利要求1所述的欠驱动AUV自适应轨迹跟踪控制装置，其特征是：参考路径生成器(1)通过给定期望纵向速度和艏摇角速度，将产生的位置、航向角信息传递给微分同胚变换器(6)的同时将期望侧向速度信号反馈给参数估计器(11)和角速度虚拟控制器(10)。

3.根据权利要求2所述的欠驱动AUV自适应轨迹跟踪控制装置，其特征是：测量元件(3)包括位置、角度传感器(4)和线速度、角速度传感器(5)，位置、角度传感器(4)采集的信息传递给微分同胚变换器(6)，线速度、角速度传感器(5)采集的信息同时传递给纵向推力及转艏力矩控制器(14)和参数估计器(11)。

4.根据权利要求3所述的欠驱动AUV自适应轨迹跟踪控制装置，其特征是：纵向速度虚拟控制器(9)根据新的状态变量信息及参考线速度、参考艏摇角速度信息得到线速度虚拟控制量，然后将该量传递给参数估计器(11)。

5.根据权利要求4所述的欠驱动AUV自适应轨迹跟踪控制装置，其特征是：角速度虚拟控制器(10)根据参考线速度、角速度、实际线速度、角速度、中间状态变量、新的状态变量信息，产生角速度虚拟控制量，然后将该量传递给参数估计器(11)。

6.根据权利要求5所述的欠驱动AUV自适应轨迹跟踪控制装置，其特征是：参数估计器(11)根据参考速度、实际速度及新的状态变量信息，通过李亚普诺夫直接法产生参数的估计值，并将这些信息传递给纵向推力及转艏力矩控制器(14)。

7.根据权利要求6所述的欠驱动AUV自适应轨迹跟踪控制装置，其特征是：纵向推力及转艏力矩控制器(14)分为纵向推力控制器(15)和转艏力矩控制器(16)，针对跟踪误差动态方程根据参考纵向速度、参考艏摇角速度、新的状态变量、参数估计值、实际的线速度和角速度信息，通过李亚普诺夫法和反步法解算出纵向推力和转艏力矩信息传递给AUV的执行机构，调整AUV的位置、航向和速度。

8.一种欠驱动AUV自适应轨迹跟踪控制方法，其特征是：

由参考路径生成器(1)、微分同胚变换器(6)、纵向速度虚拟控制器(9)、艏摇角速度虚拟控制器(10)、参数估计器(11)、纵向推力及转艏力矩控制器(14)构成控制装置；

(1)参考路径生成器通过参考输入产生期望轨迹，得到期望的位置、航向角和速度信息；

(2)位置传感器采集AUV的位置、航向角信息，将期望的位置、航向角和当前的状态信息一起传递给微分同胚变换器；

(3)微分同胚变换器包括大地坐标到船体坐标变换器和欠驱动项补偿器，大地坐标到船体坐标变换器得到船体坐标系下的状态变量，并将该中间变量信息传递给欠驱动项补偿器，然后由欠驱动项补偿器得到新的状态变量；

(4)虚拟控制器包括纵向线速度虚拟控制和艏摇角速度虚拟控制，线速度控制器根据新的状态变量信息、参考纵向速度、参考艏摇角速度信息产生线速度虚拟控制量，并同时传递给参数估计器和纵向推力控制器；艏摇角速度虚拟控制器根据中间状态变量、参考线速度、角速度、新的状态变量信息产生角速度虚拟控制量，传递给参数估计器；

(5)参数估计器利用李亚普诺夫直接法将产生的参数估计值传递给纵向推力控制器和转艏力矩控制器；

(6)控制器通过李亚普诺夫法和反步法解算出纵向推力和转艏力矩量传递给AUV的执行机构，调整AUV的位置、航向、速度。