[发明专利]基于扰动观测器的预设性能海底飞行节点轨迹跟踪控制方法

说明书

基于扰动观测器的预设性能海底飞行节点轨迹跟踪控制方法，本发明涉及预设性能海底飞行节点轨迹跟踪控制方法。本发明为了解决现有方法没有考虑建模不确定性以及海洋环境扰动与推进器故障对OBFN的影响的问题。本发明包括：一：建立Fossen大纲六自由度非线性动力学模型；二：对步骤一建立的非线性动力学模型进行OBFN的动力学模型变换，得到OBFN的动力学模型，根据OBFN的动力学模型确定OBFN的跟踪误差方程；三：建立性能函数；四：将步骤三的跟踪误差进行误差变换，得到变换后的误差；五：根据步骤四得到的变换后的误差，设计OBFN系统总不确定性观测器与预设性能轨迹跟踪控制器。本发明用于轨迹跟踪控制领域。

技术领域

本发明涉及预设性能海底飞行节点轨迹跟踪控制方法。

背景技术

随着材料、能源、自动控制等领域的技术进步，自主式水下航行器(Autonomousunderwater vehicle，AUV)正逐渐向模块化、多功能和高可靠性的方向发展，进而衍生出各种海洋作业应用。例如海底管道的检修、海洋环境特征参数的采集、海底油气资源勘探等等。海底飞行节点(Ocean bottom flying node，OBFN)是将当前海底节点地震勘探技术(Ocean bottom node，OBN)与AUV相结合的产物，如图1—图3所示。OBFN由母船释放后自主航行至海底指定位置，可长期坐底采集海底地震数据，用于海洋油气资源勘探。

为了达到海底石油勘探所需的精确度，通常需要数以千计的OBFN自主布放在海底指定位置，因此，不仅需要克服复杂海洋环境造成扰动，跟踪期望的轨迹完成部署，还需要控制轨迹跟踪误差的收敛过程，避免在大规模部署中出现OBFN之间相互碰撞等情况。

建模不确定性、复杂海洋环境的扰动与推进器故障是影响AUV控制常见的因素。常见的研究思路是假设AUV在工作过程中不出现故障情况，或是为推进器故障单独设计一套故障诊断处理模型，再设计其他的控制算法处理AUV的建模不确定性和海洋环境的扰动影响，其处理过程过于复杂。

传统的预设性能方法均采用一种指数收敛形式的性能函数，这种形式令性能函数的参数与实际的收敛速率之间难以建立明确的数学关系，且性能函数参数的选取缺乏一个合理的规则。

因此，本发明针对OBFN的轨迹跟踪控制问题，考虑建模不确定性、海洋环境扰动与推进器故障对OBFN的影响，提出一种预设性能的OBFN轨迹跟踪控制方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有方法没有考虑建模不确定性以及海洋环境扰动与推进器故障对OBFN的影响的问题，而提出基于扰动观测器的预设性能海底飞行节点轨迹跟踪控制方法。

基于扰动观测器的预设性能海底飞行节点轨迹跟踪控制方法包括以下步骤：

步骤一：建立Fossen大纲六自由度非线性动力学模型；

步骤二：对步骤一建立的Fossen大纲六自由度非线性动力学模型进行OBFN的动力学模型变换，得到OBFN的动力学模型，根据OBFN的动力学模型确定OBFN的跟踪误差方程；所述OBFN为海底飞行节点；

所述OBFN的动力学模型为：