[发明专利]基于滑模技术的有缆水下机器人海底定点着陆饱和控制方法

摘要

基于滑模技术的有缆水下机器人海底定点着陆饱和控制方法，本发明涉及水下机器人海底定点着陆饱和控制方法。本发明的目的是为了解决现有ROV进行海底着陆时大多采用人工手动操作进行着陆，费时费力，定点着陆精度较差，容易与水下结构发生碰撞甚至事故，造成严重的经济损失的问题。具体过程为：步骤一、建立ROV模型；步骤二、基于步骤一建立改进的滑模变结构控制；步骤三、基于步骤一、步骤二引入输入饱和函数；步骤四、基于步骤一、步骤二、步骤三建立考虑饱和的改进滑模变结构控制。本发明用于水下机器人海底定点着陆饱和控制领域。

主权项

1.基于滑模技术的有缆水下机器人海底定点着陆饱和控制方法，其特征在于：所述方法具体过程为：步骤一、建立ROV模型；具体过程为：ROV的动力学方程：采用基于Fossen的六自由度非线性模型表示为：式中：η为ROV在固定坐标系下的六自由度位置与姿态值，η＝[x,y,z,φ,θ,ψ]^T；x为ROV在x轴方向的位移，y为ROV在y轴方向的位移，z为ROV在z轴方向的位移，φ为ROV的横倾角，θ为ROV的纵倾角，ψ为摇首角；为ROV在固定坐标系下的六自由度位置与姿态值对时间的一阶导数；为ROV在固定坐标系下的六自由度位置与姿态值对时间的二阶导数；T为转置；M为质量惯性矩阵；M^*为性坐标系转换到运动坐标系后的质量惯性矩阵，M^*＝J^‑TMJ^‑1，J为惯性坐标系转换到运动坐标系的转换矩阵；C_RB为刚体的科氏力和向心力矩阵；为惯性坐标系转换到运动坐标系后刚体的科氏力和向心力矩阵；C_A为附加质量的科氏力和向心力矩阵；为惯性坐标系转换到运动坐标系后附加质量的科氏力和向心力矩阵,D为水动力阻尼矩阵；D^*为惯性坐标系转换到运动坐标系后的水动力阻尼矩阵，D^*＝J^‑TDJ^‑1；g为重力和浮力产生的力和力矩向量；g^*为惯性坐标系转换到运动坐标系后重力和浮力产生的力和力矩向量，g^*＝J^‑Tg；τ为控制系统产生的控制力和力矩；τ^*为惯性坐标系转换到运动坐标系后控制系统产生的控制力和力矩，τ^*＝J^‑Tτ；步骤二、基于步骤一建立改进的滑模变结构控制；步骤三、基于步骤一、步骤二引入输入饱和函数；步骤四、基于步骤一、二、三建立考虑饱和的改进滑模变结构控制。