[发明专利]一种水下机器人的垂直面控制方法

权利要求书

1.一种水下机器人的垂直面控制方法，其特征在于，所述垂直面控制包括深度串级控制和纵倾角串级控制；

所述深度串级控制和纵倾角串级控制均采用两个一阶自抗扰控制器：外环一阶自抗扰控制器和内环一阶自抗扰控制器；

所述深度串级控制包括以下步骤：将深度作为反馈信号传送给外环一阶自抗扰控制器，输出值作为垂向速度控制内环的给定值，然后通过内环一阶自抗扰控制器得到垂直控制力；

所述纵倾角串级控制包括以下步骤：将纵倾角作为反馈信号传送给外环一阶自抗扰控制器，输出值作为纵倾角速率控制内环的给定值，然后通过内环一阶自抗扰控制器得到垂直控制力矩；

将垂直控制力和垂直控制力矩作用于水下机器人；

所述外环一阶自抗扰控制器采用离散方程形式，设计如下：

其中，

其中，r₀是决定v₁跟踪目标值v快慢的速度因子，r₀值越大，过渡过程越快；e是状态估计量z₁₁和状态量x₁的差值，扩张状态观测器使得状态估计量逐渐收敛趋近于状态量；z₁₁和z₁₂是扩张状态观测器的状态值，它们分别是状态量x₁和外环总扰动的估计值；h是采样步长；k是采样时间；v₁是输入信号v的跟踪值；β₀₁和β₀₂为外环扩张状态观测器的可调参数；β₁为外环控制器的反馈增益；u₁为控制量输出，即垂向速度目标值，作为内环输入量；e₁是系统给定值与状态x₁估计值的差值；深度控制外环目标值v为z_ref；纵倾角控制外环目标值v为θ_ref。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述内环一阶自抗扰控制器采用离散方程形式，设计如下：

其中，β₁₁和β₁₂为内环扩张状态观测器的可调参数；β₂为内环控制器的反馈增益；z₂₁和z₂₂是扩张状态观测器的状态值，它们分别是状态量x₂和内环总扰动的估计值；h是采样步长；k是采样时间；β₁₁和β₁₂为内环扩张状态观测器的可调参数；β₂为内环控制器的反馈增益；e是状态估计量z₂₁和状态量x₂的差值；e₂是内环给定值u₁与状态x₂估计值的差值；u₂为控制量输出，作用于水下机器人垂直面运动方程组{u,w,q}，方程组的输出作用于水下机器人的姿态和方位方程组{θ,ξ,ζ}；内环目标值为u₁。