[发明专利]一种基于自适应滑模控制的UUV路径跟踪方法

摘要

本发明提供的是一种基于自适应滑模控制的UUV路径跟踪方法。一、初始化：二、获取UUV的当前状态：三、建立欠驱动UUV水平面误差方程，得到位置偏差x_e,y_e以及航向偏差值ψ_e；四、利用滑模控制方法，分别设计航速滑模控制律、位置滑模控制律以及艏相角滑模控制律，通过对推力X_prop，期望航速和转矩N_prop的控制，使u_d→0,x_e→0,ψ_e→0；五、更新切换增益和边界层厚度的自适应律；六、进行控制输入饱和补偿；七、令k＝k+1，跳转回步骤二，进行下一次控制律与自适应律的更新，实现对UUV水平面路径跟踪精确控制。本发明可实现仅依靠水平面动力学模型设计使系统镇定的控制器，适用于各种欠驱动UUV。

主权项

1.一种基于自适应滑模控制的UUV路径跟踪方法，其特征是：步骤一、初始化：为UUV的各种自适应参数ki,λi赋初值，其中,ki为滑模控制的切换增益参数，λi为滑模控制的边界层厚度参数，i＝1,2,3，并确定路径跟踪过程的理想速度为ud，定义更新次数t＝0；步骤二、获取UUV的当前状态：通过UUV自身的传感器得到当前时刻状态：u，v分别为纵向和横向速度，r为艏摇角速度，x,y分别为UUV重心在固定坐标系{I}下的纵向坐标和横向坐标，ψ为艏摇角，确定纵向速度误差eu＝u‑ud；步骤三、基于Serret‑Frenet坐标系，建立欠驱动UUV水平面误差方程，得到UUV重心在固定坐标系{I}下的纵向位置偏差xe、横向位置误差ye以及航向偏差值ψe；步骤四、利用滑模控制方法，分别设计航速滑模控制律、位置滑模控制律以及艏相角滑模控制律，通过对推力X_prop，期望航速和转矩N_prop的控制，使u_d→0,x_e→0,ψ_e→0；步骤五、更新切换增益和边界层厚度的自适应律；步骤六、进行控制输入饱和补偿：电机和螺旋桨转速n与推力Xprop的关系由下式得出：Xprop＝Cnn|n|                                         (1)其中，Cn是固定系数；垂直舵所产生的转矩表示为：其中，δr为垂直舵舵角，范围为[‑35°,+35°]，N( )为水动力系数；通过推力Xprop和转矩Nprop得到UUV转速n与δr为垂直舵舵角的大小，通过判断它们的值是否在指定区间内，实现对输入控制推力Xprop和转矩Nprop进行输入饱和补偿；步骤七、令t＝t+1，跳转回步骤二，进行下一次控制律与自适应律的更新，实现对UUV水平面路径跟踪精确控制。