[发明专利]一种水下机器人的垂直面控制方法

摘要

本发明涉及一种水下机器人的垂直面控制方法，包括深度串级控制和纵倾角串级控制；所述深度串级控制和纵倾角串级控制均采用两个一阶自抗扰控制器：外环一阶自抗扰控制器和内环一阶自抗扰控制器；所述深度串级控制包括以下步骤：将深度作为反馈信号传送给外环一阶自抗扰控制器，输出值作为垂向速度控制内环的给定值，然后通过内环一阶自抗扰控制器得到垂直控制力；所述纵倾角串级控制包括以下步骤：将纵倾角作为反馈信号传送给外环一阶自抗扰控制器，输出值作为纵倾角速率控制内环的给定值，然后通过内环一阶自抗扰控制器得到垂直控制力矩；将垂直控制力和垂直控制力矩作用于水下机器人。本发明可增加水下机器人的抗干扰能力，减弱水中控制存在滞后性的影响，实现水下机器人在垂直面上快速稳定的控制。

主权项

1.一种水下机器人的垂直面控制方法，其特征在于，所述垂直面控制包括深度串级控制和纵倾角串级控制；所述深度串级控制和纵倾角串级控制均采用两个一阶自抗扰控制器：外环一阶自抗扰控制器和内环一阶自抗扰控制器；所述深度串级控制包括以下步骤：将深度作为反馈信号传送给外环一阶自抗扰控制器，输出值作为垂向速度控制内环的给定值，然后通过内环一阶自抗扰控制器得到垂直控制力；所述纵倾角串级控制包括以下步骤：将纵倾角作为反馈信号传送给外环一阶自抗扰控制器，输出值作为纵倾角速率控制内环的给定值，然后通过内环一阶自抗扰控制器得到垂直控制力矩；将垂直控制力和垂直控制力矩作用于水下机器人；所述外环一阶自抗扰控制器采用离散方程形式，设计如下：其中，其中，r₀是决定v₁跟踪目标值v快慢的速度因子，r₀值越大，过渡过程越快；e是状态估计量z₁₁和状态量x₁的差值，扩张状态观测器使得状态估计量逐渐收敛趋近于状态量；z₁₁和z₁₂是扩张状态观测器的状态值，它们分别是状态量x₁和外环总扰动的估计值；h是采样步长；k是采样时间；v₁是输入信号v的跟踪值；β₀₁和β₀₂为外环扩张状态观测器的可调参数；β₁为外环控制器的反馈增益；u₁为控制量输出，即垂向速度目标值，作为内环输入量；e₁是系统给定值与状态x₁估计值的差值；深度控制外环目标值v为z_ref；纵倾角控制外环目标值v为θ_ref。