[发明专利]水下机器人轨迹跟踪反步控制方法

摘要

本发明公开了一种水下机器人轨迹跟踪反步控制方法，用于解决现有水下机器人控制方法实用性差的技术问题。技术方案是基于水下机器人体坐标系的六自由度运动方程首先定义广义坐标的跟踪误差，再定义广义速度误差，选择第一个李雅普诺夫函数和第二个李雅普诺夫函数，选择控制律，实现水下机器人控制。本发明采用李雅普诺夫函数，控制的稳定性高，位置误差和角度误差趋近于零，因此实用性好。

主权项

一种水下机器人轨迹跟踪反步控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、基于水下机器人体坐标系的六自由度运动方程：Mv·+C(v)v+D(v)v+g(η)=τcη·=J(η)v---(1)]]>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 vr r分别为纵向、横侧向速度和偏航角速率，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、首先定义广义坐标的跟踪误差为：z1＝η‑ηd  (2)其中ηd为输入参考信号；对广义坐标跟踪误差求导得：z·1=η·-η·d=J(η)v-η·d---(3)]]>定义广义速度误差：z2＝v‑vr  (4)其中广义速度矢量vr为虚拟控制输入，表示为：vr=-J-1(η)[-η·d+k1z1]---(5)]]>对z2求导，由式(4)得：z·2=v·-v·r=-M-1[C(v)v+D(v)v+g(η)]+τc-v·r---(6)]]>步骤三、选择第一个李雅普诺夫函数：V1=12z1Tz1---(7)]]>对式(7)求导得：V·1=z1Tz·1=z1T[J(η)v-η·d]=z1T[J(η)(vr+z2)-η·d]=-k1||z1||2+z1TJ(η)z2---(8)]]>选择第二个李雅普诺夫函数：V2=V1+12z2Tz2---(9)]]>求导得：V·2=V·1+12z2Tz2=V·1+z2T{-M-1[C(v)v+D(v)v+g(η)]-v·r+τc}---(10)]]>为满足条件选择控制律τc=-{-M-1[C(v)v+D(v)v+g(η)]-v·r+k2z2+z1}---(11).]]>