[发明专利]一种深海水下机器人的悬停控制方法

说明书

本发明提供一种深海水下机器人的悬停控制方法，本发明采用深沉运动速度控制与位置控制自动切换、位置控制调整项自动调整实现对深度偏差的调节，进而实现定深悬停或定高悬停控制目的。速度控制可使水下机器人发挥最大的垂向控制能力，位置控制保证深度偏差的调节精度与响应速度，位置控制调整项可消除垂向稳态误差。本发明能够使水下机器人克服剩余浮力的影响，实现定深或定高悬停，并能够反映剩余浮力的大小。

技术领域

本发明涉及一种深海水下机器人运动控制方法，尤其涉及一种深海水下机器人的悬停控制方法。

背景技术

目前，深海水下机器人悬停控制主要有两类方式，一种是依靠执行机构产生直接的动力来控制载体垂直方向运动，一种是通过改变载体重力或浮力来控制载体垂直方向运动。

由于深海水下机器人深度改变范围大，海水密度变化及载体压缩等因素导致载体浮力与重力不平衡，即水下机器人载体具有一定的剩余浮力，并且该剩余浮力很难事先准确计算，另外处于安全考虑，水下机器人载体会人为的保留一定的剩余浮力，以避免坐底危险。

配置了垂向推进器的深海水下机器人，某些作业任务需要水下机器人能够保持一定深度不动(定深悬停)或保持距离水底一定的高度不动(定高悬停)，从而完成对环境信息或目标物的测量、观察、记录等操作。然而由于剩余浮力的影响，水下机器人的升沉控制可能产生振荡或者产生问题误差，导致悬停控制品质降低。因此，需要找到一种能够克服剩余浮力影响的深海水下机器人悬停控制方法。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种深海水下机器人的悬停控制方法，采用深沉运动速度控制与位置控制自动切换、位置控制调整项自动调整实现对深度偏差的调节，进而实现定深悬停或定高悬停控制目的。

本发明的目的是这样实现的：步骤如下：

步骤一：偏差产生器给出统一的深度偏差e_d，即向下为正方向的垂直位置偏差；在定深悬停时由规划系统给出的目标值深度值d_d与机器人深度计测量的深度值d做差，得到深度偏差e_d:

e_d＝d_d-d

在定高悬停时由规划系统给出的目标值高度值h_d与机器人高度计测量的距水底高度值h做差，得到高度偏差e_h:

e_h＝h_d-h

由于高度信息定义的正方向与深度信息定义的正方向相反，在定高悬停时将高度偏差转化为深度偏差，即：

e_d＝-e_h

然后对深度偏差e_d进行微分得到深度偏差变化率e`_d：

步骤二：切换控制器根据深度偏差e_d的绝对值大小自动选择使用速度控制器或者位置控制器：当深度偏差e_d的绝对值大于阈值e_y时，即|e_d|e_y时，采用速度控制器，否则采用位置控制器；

步骤三：速度控制器采用积分算法，深度偏差e_d线性映射为目标升沉速度v_d：

v_d＝k_ve_d

与深度偏差变化率e`_d做差得到速度偏差e_v：

e_v＝v_d-e`_d