[发明专利]多推进器的遥控式水下机器人轨迹跟踪控制方法

摘要

本发明公开了一种多推进器的遥控式水下机器人轨迹跟踪控制方法，用于解决现有水下机器人控制方法实用性差的技术问题。技术方案是基于ROV体坐标系的运动方程建立ROV的两个基本坐标系分别为固定坐标系和运动坐标系，选取的坐标系有：地心惯性坐标Oexiyizi、地球坐标系Oexeyeze、地理坐标系Oxnynzn和ROV体坐标系Oxbybzb，通过定义跟踪误差，取控制律，实现水下机器人控制。本发明利用轨迹跟踪控制器，不需要准确的数学模型，具有结构简单、参数整定方便、易于工业实现和适用面广等优点，通过调整参数使系统得到满意的控制效果。

主权项

一种多推进器的遥控式水下机器人轨迹跟踪控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、基于ROV体坐标系的运动方程如下：其中M为广义质量正定矩阵，为水下机器人位置与偏航角，v＝[ur vr r]为广义水流速度，ur为纵向速度，vr为横侧向速度，r为偏航角速率，为偏航角，C(v)为广义阻力系数斜对称矩阵，D(v)为流体动力学参数，τc为控制力矩向量；步骤二、建立ROV的两个基本坐标系分别为固定坐标系和运动坐标系，固定坐标系和运动坐标系均为直角坐标系，并满足右手定则；选取的坐标系有：地心惯性坐标Oexiyizi、地球坐标系Oexeyeze、地理坐标系Oxnynzn和ROV体坐标系Oxbybzb，对于ROV来说，其地理坐标系通过三次旋转得到体坐标系，地理坐标系到ROV体坐标系的旋转矩阵为：Rnb(Θ)=cosθcosψcosθsinψ-sinθsinφsinθcosψ-cosφsinψcosφcosψ+sinφsinθsinψsinφcosθsinφsinψ+cosφcosψsinθcosφsinθsinψ-sinφcosψcosφcosθ]]>其中ψ为地理坐标系第一次绕Ozn轴旋转的角度，旋转后地理坐标系变为Ox'ny'nzn，第二次绕Oy'n旋转θ角度，旋转后地理坐标系变为Ox″ny'nz'n，第三次绕轴Ox″n旋转φ角度，旋转后的地理坐标系即与ROV体坐标系重合；步骤三、定义跟踪误差，其中ηd为理想轨迹向量，η为实际轨迹向量；η~=η-ηd---(2)]]>其中ηd为理想轨迹，η为实际轨迹；步骤四、取控制律：τc*=Kp·η~+Ki·∫η~dt+Kd·η~·---(3)]]>其中，Kp,Ki,Kd分别为比例项、积分项和微分项的增益矩阵，且满足Kp>03×3。