[发明专利]一种多中性浮力机器人一致性控制方法

说明书

本发明公开了一种多中性浮力机器人一致性控制方法，并依据线性矩阵不等式给出了调参方法，属于机器人控制领域；本发明首先建立了惯性坐标系下的中性浮力机器人系统模型，确立了系统的输入项以及输出项；然后将多中性浮力机器人信息交互模型建立成有向拓扑模型，给出了交互模型重要假设；在此两者的基础上设计了分布式降阶扰动观测器实时估计一致性误差状态和未知扰动，同时给出了扰动观测器的参数调节方法；最终根据分布式降阶强制扰动观测器，设计了反馈控制器，确保了多中性浮力机器人系统达到一致性和较强的鲁棒性。本发明结合中性浮力机器人模型的特点，设计的控制策略有很好的控制性能，适于工程应用。

技术领域

本发明属于机器人控制领域，特别涉及一种多中性浮力机器人一致性控制方法。

背景技术

由于对空间研究的加深和对空间应用能力的提高，有关地面验证进行微重力环境模拟实验的研究受到国内外越来越多的广泛关注。在在微重力环境模拟实验的研究中，应用中性浮力系统来进行微重力环境下的模拟实验是其中重要的方法之一。另外，随着空间操作任务复杂多变，单个大型航天器无法很好的完成任务，因此多个中性浮力机器人模拟多个航天器完成操作任务是亟待解决的问题。中性浮力机器人是典型的拉格朗日系统，内部状态存在耦合，并且由于水中黏性阻力较大，因此，在设计多个中性浮力机器人协同工作时，必须考虑外部扰动与内部不确定给系统带来的影响。同时传感器突然失效等情况会导致传感器野值进而导致系统震荡甚至导致系统不稳定，因此必须确保所设计的分布式姿态控制算法在上述各种不确定性存在的情况下，依然能够较好地实现多中性浮力机器人一致性控制。

当前针对多中性浮力机器人一致性控制策略鲁棒性能较差，而对于存在强耦合性，强非线性以及空间外部扰动的中性浮力机器人来说，提高系统的鲁棒性能，控制精度具有十分重要的意义；同时当前针对多中性浮力机器人一致性控制策略很好考虑传感器野值对系统造成的影响，为了处理传感器野值问题，提高系统的鲁棒性能，我们采用基于分布式降阶强制扰动观测器的控制方法。

对于传统的扰动观测器，通常针对单个系统进行设计，另外很少考虑传感器野值给多机器人系统造成的影响，在工程应用中存在限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多中性浮力机器人一致性控制方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多中性浮力机器人一致性控制方法，包括以下步骤：

步骤1，建立惯性坐标系下中性浮力机器人姿态运动学与动力学模型；

步骤2，建立多中性浮力机器人信息交互模型；

步骤3，构建分布式降阶强制扰动观测器，给出分布式降阶强制扰动观测器以及饱和上界函数参数调整方法，通过求解线性矩阵不等式，来调整扰动观测器参数；

步骤4，基于降阶强制扰动观测器设计分布式控制器，给出分布式控制器参数调整方法，通过求解线性矩阵不等式，来调整控制器参数；

步骤5，完成多中性浮力机器人一致性的控制策略。

进一步的，步骤1具体包括：

水下六自由度机器人动力学与运动学模型：