[发明专利]一种基于扩展状态观测器的底栖式AUV弱抖振积分滑模点镇定控制方法

权利要求书

1.一种基于扩展状态观测器的底栖式AUV弱抖振积分滑模点镇定控制方法，包括以下步骤：

步骤一：建立可底栖式AUV运动方程，并根据可底栖式AUV运动方程构建可底栖式AUV误差模型；

步骤二：根据可底栖式AUV误差模型构建可底栖式AUV点镇定跟踪误差模型；

步骤三：设计自适应超螺旋扩展状态观测器；

步骤四：构建二阶无抖振非奇异积分终端滑模面；

步骤五：根据可底栖式AUV点镇定跟踪误差模型、自适应超螺旋扩展状态观测器和二阶无抖振非奇异积分终端滑模面设计控制器；

其特征在于所述二阶无抖振非奇异积分终端滑模面表示为：

式中，λ为正数，β∈R^6×6为对角阵，s为滑模面函数，σ是辅助变量，为控制参数，dτ为积分算子，为η_e的一阶导数，η_e为位置跟踪误差，为可底栖式AUV执行器运行时产生的控制力和力矩向量；

所述二阶无抖振非奇异积分终端滑模面的控制律表示为：

τ＝τ₁+τ₂

式中，

式中，k₄为切换项增益，为正常数，k₆为正数，l₁和l₂为控制参数，为观测器状态变量的估计值，为τ₂的一阶导数，d、φ为积分算子，为的一阶导数，f(η,υ,t)为辅助变量；

所述二阶无抖振非奇异积分终端滑模面的自适应律表示为：

式中，k₅为正常数，b为控制增益，为b的一阶导数，为观测器变量，δ_m为的未知边界的实际值，为δ_m的估计值，为s的一阶导数。

2.根据权利要求1所述的一种基于扩展状态观测器的底栖式AUV弱抖振积分滑模点镇定控制方法，其特征在于所述可底栖式AUV运动方程表示为：

其中，M为质量惯性矩阵，η＝[ξ n ζ φ θ ψ]^Τ为可底栖式AUV在固定坐标系下运动时三维空间内六自由度位置与姿态，υ＝[u v w p q r]^Τ为载体坐标系下运动时在三维空间内的速度与角速度，为可底栖式AUV在水平面上运动时，固定坐标系与载体坐标系之间的坐标转换矩阵，为模型参数的标称值，为可底栖式AUV执行器运行时产生的控制力和力矩向量，为模型参数不确定性和外界时变干扰相叠加的综合干扰项，为模型参数的摄动值，τ_d(t)为外界时变干扰，为υ的一阶导数，为模型参数不确定性和外界时变干扰相叠加的综合干扰项，为η的一阶导数。

3.根据权利要求2所述的一种基于扩展状态观测器的底栖式AUV弱抖振积分滑模点镇定控制方法，其特征在于所述可底栖式AUV点镇定跟踪误差模型表示为：

式中，为辅助变量，为ω_e的一阶导数，为ω_e的二阶导数，为η_e的一阶导数，η_e为位置跟踪误差，表示旋转矩阵的一阶导数，表示期望位置的二阶导数；

b＝R(η)M^-1；

所述满足如下关系：

||F(t)||＜D_m

D_m为F(t)的未知边界的实际值，δ_m为的未知边界的实际值，为δ_m的估计值，为的估计误差，b为控制增益，F(t)为辅助变量，为F(t)的一阶导数，为b的一阶导数，为τ的一阶导数。

4.根据权利要求3所述的一种基于扩展状态观测器的底栖式AUV弱抖振积分滑模点镇定控制方法，其特征在于所述自适应超螺旋扩展状态观测器表示为：

式中，G(η,υ,t)、为观测器变量，K₁、K₂为观测器增益，K₁、K₂均为正定对角阵，K₁、K₂、为辅助变量，辅助变量表达式如下：

K₁＝diag(K₁₁,K₁₂,K₁₃,K₁₄,K₁₅,K₁₆)

K₂＝diag(K₂₁,K₂₂,K₂₃,K₂₄,K₂₅,K₂₆)

式中，表达式如下：

式中，μ_1i,μ_2i均为正常数，i＝1,2,3,4,5,6，为观测器估计误差；

自适应律表示为：

式中，K_1i(t)均为自适应变量，c_1i、c_2i、c_3i、H_i均为控制参数，为正数。