[发明专利]一种AUV误差受限的抗扰控制方法

权利要求书

1.一种AUV误差受限的抗扰控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对AUV的模型进行简化得到AUV五自由度的运动学与动力学模型；

步骤2：建立基于视线法和设定性能函数的三维空间误差动力学模型，再通过牛顿-欧拉法估算出水下机械臂对于AUV本体的耦合干扰，并通过直接补偿的方法抵消水下机械臂对于AUV本体的影响；

步骤3：根据AUV的误差动力学模型设计AUV抗扰控制器，通过神经网络控制补偿AUV的结构性的不确定性，通过自适应控制补偿AUV的非结构性的不确定性和水下机械臂的估算误差，通过误差增益控制项减少三维空间轨迹和姿态跟踪过程中的误差；

步骤4：完成水下定点作业过程中的AUV的运动控制任务；

步骤1所述AUV五自由度的运动学模型具体为：

其中，[x y z]^T和[φ θ ψ]^T是AUV在惯性坐标系下的位置和姿态信息，[u v w]^T是AUV载体坐标系原点线速度在x_b、y_b和z_b轴上投影，[p q r]^T是x_b、y_b和z_b轴上是AUV载体坐标系原点的角速度在x_b、y_b和z_b轴上投影；

AUV的动力学模型具体为：

其中，M_D与M_P分别为有驱动和无驱动条件下AUV本体的惯性矩阵，包括刚体质量矩阵和附加质量矩阵；D_D(v_D)与D_P(v_D)分别为有驱动和无驱动条件下AUV本体的阻尼阵；C_D(v_D)与C_P(v_D)分别为有驱动和无驱动条件下AUV本体的哥氏力阵和向心力阵；τ是AUV由推进器推力、舵角输入共同构成的向量形式，G_D(θ)是AUV所受重力和浮力矩阵组成的恢复力矩阵，F_D(v_D)与F_P(v_P)分别为有驱动和无驱动条件下AUV动力学方程的未建模动态和高阶非线性项，τ_w1(t)和τ_w2(t)为有驱动方向与无驱动方向下海流引起的有界干扰信号，τ_m1与τ_m2为有驱动与无驱动条件下机械臂对AUV本体的干扰，v_D＝[u q r]^T为驱动方向上的速度向量，v_P＝[v w]为无驱动方向上的速度向量；

步骤2所述通过牛顿-欧拉法估算出水下机械臂对于AUV本体的耦合干扰具体为：

其中，

步骤3所述AUV抗扰控制器具体为：

其中，和为正定对角增益矩阵，τ_nc是神经网络控制项，用于补偿转换后的AUV误差动力学方程的结构性不确定项，τ_ac是自适应控制项，用于补偿转换后的AUV误差动力学方程中的由海流干扰引起的不确定性项，为机械臂耦合干扰的前馈补偿项，