[发明专利]自主型水下航行器自适应反演控制方法

权利要求书

1.一种自主型水下航行器自适应反演控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、根据AUV的升沉运动，将纵向运动方程简化如下

式中，z是浮心在体坐标系下Oz轴上的距离，θ是俯仰角，v_x、v_z分别为体坐标系下的前向速度和纵向速度，w_y为俯仰角速度，m_b1、m_b2分别为两个压载舱的质量，x_b1、x_b2分别为两个压载水舱距离浮心的距离，J₂为惯性矩阵，Δh₁、Δh₂为每秒钟水舱中水的高度变化，V₁、V₂为水舱中水的体积，S为两个水舱的底面积，m₀为AUV的净浮力，m₁、m₃为附加质量，u₁、u₂为两个压载舱的质量变化量，F_{ext_3}＝-(Lcosα+Dsinα)、D＝(K_D0+K_Dα²)(v_x²+v_z²)、L＝(K_L0+K_Lα)(v_x²+v_z²)、T_{ext_2}＝(K_M0+K_Mα+K_q2w_y)(v_x²+v_z²)，L为升力，D为阻力，α为波浪传播方向与地面坐标系x轴正方向的夹角，K_D0、K_D为阻力相关系数，K_L0、K_L为升力相关系数，K_M0、K_M、K_q2为其他系数；

步骤二、对简化后的非线性化运动方程进行自适应反演积分控制器设计

假设θ∈(-π/2,π/2)，控制输入矩阵B已知，未知模型参数具有线性化形式：

式中，为状态函数向量，Θ为参数向量，k，k₁，k₂表示在重力方向上的单位向量；

定义系统输出向量y＝[z θ]^T，常值参考输出向量y_d＝[z_d θ_d]^T，定义输出跟踪误差e₁＝y-y_d，设计Lyapunov函数

对Lyapunov函数求导有：

把广义速度向量[v_z w_y]^T看作虚拟的控制输入，选择期望的镇定函数

定义速度跟踪误差代入式(4)得到

对e₂求导得到

设计第二个Lyapunov函数

对其求导有：为使选择控制输入如下：

把式(10)代入式(9)有

式中，为参数向量估计误差；

定义第三个Lyapunov函数

Λ＞0为对角正定设计矩阵，对V₃求导得到

设计自适应律，消除参数估计误差的影响

代入式(13)得

在选定的控制律式(10)和自适应律式(14)的作用下，深度、俯仰角跟踪参考指令，跟踪误差全局收敛到零；

步骤三、压载舱的质量为m，压载舱在u的作用下全局渐进跟踪期望质量m_r，由于压载舱的质量的作用，m_r被视为一种静态量，忽略其动态特性，运用反演法进行压载舱伺服控制器设计，定义压载舱质量跟踪误差：

求导有以质量的变化为虚拟控制输入，使e₃有适当的稳定性，选择稳定函数即控制输入u

选择Lyapunov函数 V₄＝0.5e₃² (19)

求导有