[发明专利]基于滑模技术的有缆水下机器人海底定点着陆饱和控制方法

说明书

基于滑模技术的有缆水下机器人海底定点着陆饱和控制方法，本发明涉及水下机器人海底定点着陆饱和控制方法。本发明的目的是为了解决现有ROV进行海底着陆时大多采用人工手动操作进行着陆，费时费力，定点着陆精度较差，容易与水下结构发生碰撞甚至事故，造成严重的经济损失的问题。具体过程为：步骤一、建立ROV模型；步骤二、基于步骤一建立改进的滑模变结构控制；步骤三、基于步骤一、步骤二引入输入饱和函数；步骤四、基于步骤一、步骤二、步骤三建立考虑饱和的改进滑模变结构控制。本发明用于水下机器人海底定点着陆饱和控制领域。

技术领域

本发明涉及水下机器人海底定点着陆饱和控制方法。

背景技术

有缆水下机器人(Remote Operated Vehicle，简称ROV)是一个国家海洋装备技术水平的重要标志之一。研究ROV的相关技术对国家经济、海底空间利用、深海旅游、深海打捞和救生等都有着不可估量的战略意义。

顺应ROV研究的热点，研究了有关ROV海底定点着陆运动控制问题的方法。针对在已知着陆点的坐标和理想首向的情况下，对在着陆点附近的ROV自动运动到着陆点的控制问题进行研究。

(1)目前，ROV进行海底着陆时大多采用人工手动操作进行着陆的方式，这种方式往往需要经验丰富的操作者往复操作多次才能使ROV着陆在一个相对满意的位置，费时费力。

(2)目前，ROV进行海底着陆时大多采用人工手动操作进行着陆的方式，这种方式的定点着陆精度较差，尤其是在较为恶劣水下环境中。

(3)目前，由于ROV水下作业的复杂化，操作者往往需要很严格专业认证。

(4)由于水下ROV的视域受限并且图像传输有延迟，以及人为的操作失误，这就导致人为操作ROV海底着陆很容易与水下结构发生碰撞甚至事故，造成严重的经济损失。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有ROV进行海底着陆时大多采用人工手动操作进行着陆，费时费力，定点着陆精度较差，容易与水下结构发生碰撞甚至事故，造成严重的经济损失的问题，而提出基于滑模技术的有缆水下机器人海底定点着陆饱和控制方法。

基于滑模技术的有缆水下机器人海底定点着陆饱和控制方法具体过程为：

步骤一、建立ROV模型；具体过程为：

ROV的动力学方程：采用基于Fossen的六自由度非线性模型表示为：

式中：η为ROV在固定坐标系下的六自由度位置与姿态值，η＝[x,y,z,φ,θ,ψ]^T；x为ROV在x轴方向的位移，y为ROV在y轴方向的位移，z为ROV在z轴方向的位移，φ为ROV的横倾角，θ为ROV的纵倾角，ψ为摇首角；为ROV在固定坐标系下的六自由度位置与姿态值对时间的一阶导数；为ROV在固定坐标系下的六自由度位置与姿态值对时间的二阶导数；T为转置；

M为质量惯性矩阵；M^*为性坐标系转换到运动坐标系后的质量惯性矩阵，M^*＝J^-TMJ^-1，J为惯性坐标系转换到运动坐标系的转换矩阵；

C_RB为刚体的科氏力和向心力矩阵；为惯性坐标系转换到运动坐标系后刚体的科氏力和向心力矩阵；

C_A为附加质量的科氏力和向心力矩阵；为惯性坐标系转换到运动坐标系后附加质量的科氏力和向心力矩阵，

D为水动力阻尼矩阵；D^*为惯性坐标系转换到运动坐标系后的水动力阻尼矩阵，D^*＝J^-TDJ^-1；