[发明专利]基于辅助动态系统的可底栖式AUV自适应终端滑模轨迹跟踪控制方法

权利要求书

1.基于辅助动态系统的可底栖式AUV自适应终端滑模轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述方法具体过程为：

步骤一、建立AUV运动学方程；

步骤二、基于步骤一建立的AUV运动学方程，定义位姿误差模型变量；

步骤三、基于步骤一建立的AUV运动学方程和步骤二定义的位姿误差模型变量，建立AUV误差模型；

步骤四、设计控制律控制步骤三建立的AUV误差模型；

所述步骤一中建立AUV运动学方程；具体过程为：

AUV运动学方程表达式为：

式中，R(η)为载体坐标系与惯性坐标系之间的转换矩阵，η表示AUV实际位姿，为η的一阶导数，υ为AUV的速度和角速度；

在载体坐标系下AUV的六自由度动力学方程形式如下：

式中，M代表惯性矩阵；C(υ)代表科氏向心力矩阵；D(υ)代表流体阻尼力矩；g(η)代表重力和浮力产生的恢复力向量；τ代表控制律产生的力或者力矩向量；τ_d代表外界干扰力向量；

所述步骤二中基于步骤一建立的AUV运动学方程，定义位姿误差模型变量；表达式为：

η_e＝η-η_d (3)

式中，η表示AUV实际位姿，η_d表示跟踪控制中期望位姿；η_e表示AUV位姿误差；

所述步骤三中基于步骤一建立的AUV运动学方程和步骤二定义的位姿误差模型变量，建立AUV误差模型；具体过程为：

根据公式(1)、(2)、(3)，建立如下形式的AUV误差模型：

式中，F表示AUV误差模型中由外界时变干扰和模型参数摄动叠加的综合干扰项；表示η_e的一阶导数，表示η的一阶导数，表示η_d的一阶导数，表示η_e的二阶导数，表示η的二阶导数，表示η_d的二阶导数，表示R(η)的一阶导数，τ表示控制律；

所述步骤四中设计控制律控制步骤一建立的AUV误差模型；具体过程为：

非奇异快速终端滑模控制切换函数为：

式中，s为滑模变量；为正常数，l,p为正奇数，且满足0＜l/p＜1，α₁、α₂为已知对角阵；

基于式(4)AUV误差模型和式(5)滑模控制切换函数设计控制律如下：

τ＝τ_c+Δτ (6)

式中，τ代表控制律产生的力或者力矩向量；τ_c为控制器经过运算后得到的期望控制律；Δτ为AUV实际控制输入与控制算法所得控制律的差值；

所述控制器经过运算后得到的期望控制律τ_c的表达式为：

τ_c＝τ₀+τ₁+τ₂ (7)

式中，τ₀为不考虑各种干扰下的控制律，τ₁为处理综合干扰的自适应项，τ₂为处理输入饱和的自适应项，Θ为中间符号变量，k₁为已知正常数；k_ζ为已知常数，k_ζ＝diag[k_ζ1 k_ζ2 k_ζ3k_ζ4 k_ζ5 k_ζ6]，k_ζi为已知常数，i＝1,...,6；k_λ为已知常数，k_λ＝diag[k_λ1 k_λ2 k_λ3 k_λ4 k_λ5k_λ6]，k_λi为已知正数，i＝1,...,6；γ_min(k_λ)为最小值符号，γ_min(k_λ)＝min{k_λ1,k_λ2,k_λ3,k_λ4,k_λ5,k_λ6}；ζ为辅助变量，T为转置，λ为已知常数；

所述辅助变量为辅助动态系统控制过程中的变量；

所述辅助变量ζ构造形式如下：

式中，μ为已知正数；Δτ为AUV实际控制输入与控制算法所得控制律的差值；h(s,τ_Δ,ζ)为光滑函数，形式如下

式中，δ_w为已知正数，且满足δ_w＞max{k_ζ1,k_ζ2,k_ζ3,k_ζ4,k_ζ5,k_ζ6}，ε_ζ为已知正数；

所述光滑函数h(s,Δτ,ζ)形式如下

式中，δ_w为已知正数，且满足δ_w＞max{k_ζ1,k_ζ2,k_ζ3,k_ζ4,k_ζ5,k_ζ6}，ε_ζ为已知正数，γ_max(k_ζ)为最大值符号。