[发明专利]UUV四自由度动力定位自适应抗扰滑模控制系统及控制方法

权利要求书

1.UUV四自由度动力定位自适应抗扰滑模控制系统，其特征在于：包括第一微分器、第二微分器、自适应抗扰滑模控制器、滤波和数据融合单元、多普勒传感器、电罗经、推力分配单元、UUV、加速度计和陀螺仪；

多普勒传感器采集UUV的横荡、纵荡和升沉速度，分别传送给滤波和数据融合单元和自适应抗扰滑模控制器；

电罗经采集UUV的艏向角速度，分别传送给滤波和数据融合单元和自适应抗扰滑模控制器；

滤波和数据融合单元根据接收到的信息，计算出世界坐标系下的四自由度位姿矢量和四自由度速度矢量传送给自适应抗扰滑模控制器；

将四自由度期望位姿矢量经过第一微分器，得到一阶微分值传送给自适应抗扰滑模控制器；将一阶微分值输入给第二微分器，得到二阶微分值传送给自适应抗扰滑模控制器；

加速度计采集UUV的加速度矢量传送给自适应抗扰滑模控制器；

陀螺仪采集UUV的艏向角速度传送给自适应抗扰滑模控制器；

自适应抗扰滑模控制器根据接收的信号和输入的四自由度期望位姿矢量，计算出控制作用力和力矩矢量，传送给推力分配单元；

推力分配单元根据接收的信号计算出推力矢量传送给UUV，推动UUV运动。

2.根据权利要求1所述的UUV四自由度动力定位自适应抗扰滑模控制系统，其特征在于：

所述的自适应抗扰滑模控制器包括滑模控制器、自适应扰动补偿控制器和数据处理单元，

数据处理单元接收加速度矢量、电罗经采集UUV的艏向角速度和横荡、纵荡和升沉速度，滑模控制器得到滑动模态矢量对时间的一阶微分传送给自适应扰动补偿控制器；

滑模控制器接收四自由度期望位姿矢量、一阶微分值、二阶微分值、四自由度速度矢量、四自由度位姿矢量、艏向角速度和横荡、纵荡和升沉速度，得到滑模控制律、滑动模态矢量s和趋近律矢量r，将滑动模态矢量s和趋近律矢量r传送给自适应扰动补偿控制器，将滑模控制律传送给数据处理单元；

自适应扰动补偿控制器根据接收到的信号，得到四自由度扰动作用力和力矩的估计值，传送给数据处理单元；

数据处理单元将接收到的四自由度扰动作用力和力矩的估计值叠加到滑模控制律上，得到控制作用力-力矩矢量。

3.基于权利要求1所述的UUV四自由度动力定位自适应抗扰滑模控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤一：多普勒传感器采集UUV的横荡、纵荡和升沉速度，电罗经和陀螺仪采集UUV的艏向角速度，加速度计采集UUV的加速度矢量；

步骤二：滤波和数据融合单元根据接收到的横荡、纵荡和升沉速度和电罗经采集UUV的艏向角速度，计算出世界坐标系下的四自由度位姿矢量和四自由度速度矢量；

步骤三：将四自由度期望位姿矢量经过第一微分器，得到一阶微分值传送给自适应抗扰滑模控制器；将一阶微分值输入给第二微分器，得到二阶微分值传送给自适应抗扰滑模控制器；

步骤四：自适应抗扰滑模控制器根据接收的横荡、纵荡和升沉速度、艏向角速度、加速度矢量、四自由度位姿矢量、四自由度速度矢量、一阶微分值和二阶微分值，计算得到控制作用力和力矩矢量；

步骤五：推力分配单元根据接收的信号计算出推力矢量传送给UUV，推动UUV运动。

4.根据权利要求3所述的UUV四自由度动力定位自适应抗扰滑模控制系统的控制方法，其特征在于：所述的自适应抗扰滑模控制器得到控制作用力和力矩矢量的过程为：

步骤一：将四自由度位姿矢量和输入的四自由度期望位姿矢量作差得到四自由度位姿误差矢量，传送给滑膜控制器；

步骤二：数据处理单元接收加速度矢量、电罗经采集UUV的艏向角速度和横荡、纵荡和升沉速度，得到滑动模态矢量对时间的一阶微分传送给自适应扰动补偿控制器；

步骤三：滑模控制器接收四自由度期望位姿矢量、一阶微分值、二阶微分值、四自由度速度矢量、四自由度位姿矢量、艏向角速度和横荡、纵荡和升沉速度，得到滑模控制律、滑动模态矢量s和趋近律矢量r，将滑动模态矢量s和趋近律矢量r传送给自适应扰动补偿控制器，将滑模控制律传送给数据处理单元；

步骤四：自适应扰动补偿控制器根据接收到的信号，得到四自由度扰动作用力和力矩的估计值，传送给数据处理单元；

步骤五：数据处理单元将接收到的四自由度扰动作用力和力矩的估计值叠加到滑模控制律上，得到控制作用力-力矩矢量。