环境干扰下的水下无人航行器航迹跟踪控制优化方法

环境干扰下的水下无人航行器航迹跟踪控制优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及水下无人航行器航迹跟踪控制优化方法。
【背景技术】
[0002] 无人水下航行器扣UV)近年来成为各国研究的热口话题，被应用于水下作业的各 种领域。无论是海洋军事领域还是日常海下应用作业，都离不开对于UUV的应用与控制，传 统UUV航迹控制采用经典PID控制，经典控制理论中的PID控制是历史最久，应用最广，适 应性最强的一种控制方法。是比例积分微分控制的简称，其原理就是对于系统误差的控制。 该里所说的"误差"就是期望值与输出值的差值。将误差值作为PID控制器的输入，PID控 制器表示为击P*误差系数+Ki*误差积分+Kd*误差微分。通过该个式子可W看出只要误差 存在，PID控制器就会对误差进行调整，直至误差变为零。PID控制方法具有W下优点：PID 控制结构简单、工作可靠、稳定性好、调整方便，因而成为实际控制应用的主要控制技术之 一。但是在实际的系统运行中，UUV航行速度不可测，即未考虑UUV航行速度对UUV航迹跟 踪控制的影响，导致UUV航迹跟踪控制的准确率低。

【发明内容】

[0003] 本发明的目的是为了解决现有UUV航迹跟踪控制的准确率低的问题，而提出了环 境干扰下的水下无人航行器航迹跟踪控制优化方法。
[0004] 上述的发明目的是通过W下技术方案实现的：
[0005] 步骤一、建立UUV水平面数学模型；
[0006] 步骤二、在UUV水平面数学模型的基础上对无人航行器进行PID控制，实现UUV航 迹跟踪控制；
[0007] 步骤S、在UUV航迹跟踪控制的基础上对PID控制进行改进，确定非线性控制律及 观测器。
[000引发明效果
[0009] 采用本发明的环境干扰下的水下无人航行器航迹跟踪控制优化方法，
[0010] 根据UUV航行速度不可测，设计非线性控制律一观测器，本发明观测器采用了 Luenberger型观测器，利用反馈的偏差来消除偏差，将Luenberger型观测器应用到控制系 统中非线性部分，针对控制系统中的线性部分设计Luenberger型观测器的增益矩阵，并选 择充分大的增益来补偿系统的非线性部分，只依赖UUV的腊向对UUV进行定点跟踪控制， 观测器对非线性控制系统提出UUV速度的估计值，使UUV的腊向能够逐渐趋近于期望的腊 向，并最终达到误差为零，得到UUV航行速度，非线性控制律一Luenberger型观测器的误 差动态方程包观测器增益、刚体科氏矩阵估计值、水动力阻巧矩阵估计值、未知干扰量估计 值，R( 为旋转矩阵、未知干扰量估计值一阶导数和UUV航行速度，考虑了UUV航行速度 对UUV航迹跟踪控制的影响，提高了UUV的航迹跟踪控制的准确率，使UUV的航迹跟踪控制 的准确率提高了 20-85%。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明流程图；
[001引 图2a为PID控制下的UUV跟踪误差图，-----为PID控制下的期望轨迹与实际航 行轨迹误差，横坐标仿真时间单位为秒（S)，纵坐标为米（m);
[0013] 图化为PID控制下的UUV轨迹跟踪图，-----为实际航迹，一一为期望航迹，横 坐标Y为（m)，纵坐标X为米（m);
[0014] 图3a为改进算法后的UUV跟踪误差图，一一为非线性输出反馈控制下的期望轨 迹与实际航行轨迹误差，横坐标为时间，时间单位为秒（S)，纵坐标为行迹误差，纵坐标为航 迹误差，航迹误差单位为rad;
[0015] 图3b为改进算法后的UUV轨迹跟踪图，一一为期望航迹，--为实际航迹，横 坐标Y为（m)，纵坐标X为米（m)。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0016] 一；结合图1说明本实施方式，环境干扰下的水下无人航行器航迹 跟踪控制优化方法具体是按照W下步骤进行的：
[0017] 步骤一、建立UUV水平面数学模型；
[001引步骤二、在UUV水平面数学模型的基础上对无人航行器进行PID控制，实现UUV航 迹跟踪控制；
[0019] 步骤S、在UUV航迹跟踪控制的基础上对PID控制进行改进，确定非线性控制律及 观测器。
【具体实施方式】 [0020] 二；本实施方式与一不同的是；所述步骤一中建立 UUV水平面数学模型；具体过程为：
[0021] (1)运动学方程的建立：
[0022] 设UUV在大地坐标系下的重屯、位姿矩阵为n= [X，y，iD]t，大地坐标系下的角速 度矩阵为'々二[丈兵，载体坐标系下角速度矩阵为V= [U，V，r]T;
[0023] 根据大地坐标系与载体坐标系之间的转换关系，得出运动学方程：
[0024]
[00巧]用向量形式表示为：
[002引式中，n为UUV的位置矩阵，X为X轴重屯、的位姿，y为y轴重屯、的位姿，1])为UUV 航行的实时腊向，？)为大地坐标系下角速度矩阵，i：为X轴角速度，j为y轴角速度，5/>为1]) 轴角速度，V为载体坐标系下角速度矩阵，U为腊摇角速度，V为纵向角速度，r为纵摇角速 度，T为矩阵转置符号；
[0029] (2)动力学方程的建立；
[0030] UUV刚体受力与力矩满足方程；
[0031]
[003引其中，Mce为刚体的质量矩阵，V为载体坐标系下角速度矩阵，F为载体坐标系下UUV的角速度矩阵的一阶导数，Ceb(V)为刚体的科氏矩阵，Th为总的水动力、水动力矩和执 行机构所产生的力与力矩；
[003引式中，为UUV质量，X(；为UUV重屯、距X轴距离，:r为UUV纵摇角速度，CEC为刚体 科氏参数，E为 1、2、3、4、5、6、7、8 或 9，G为 1、2、3、4、5、6、7、8 或 9 ;
[0039]
[0040] 其中，Th为总的水动力、水动力矩和执行机构所产生的力与力矩，Ma为附加质量 的惯性矩阵，D(V)为水动力阻巧矩阵，Ca(V)为水动力科氏矩阵，g(0)为浮力重力矩阵，T 为执行机构的控制力矩阵；
[00川其中，
[0042]
[0043]
[0044] 要建立精确的UUV水动力，阻力和阻力矩矩阵是一项非常有难度的任务，特别是 速度范围变化比较大的UUV，找到符合任意速度的水动力系数是很难W实现的。而且，当 UUV的纵向速度比较大时，水动力的非线性特征就会表现得十分明显。同时，UUV各个自由 度之间的禪合性也会增强。本文所使用的水动力系数是由水池实验和经验公式得到的，当 UUV速度范围在2-4m/s时，能够确保其正确性。
[0045] 结合上面的论证与简化，对于本文的研究对象，水动力阻巧表达式可表示如下：
[0049] 式中，义^为抓乂纵向角速度在X轴下的惯性参数，为UUV横向角速度在y轴下 的惯性参数，K为UUV腊摇角速度在y轴下的惯性参数，W为UUV横向角速度在北向轴下 的惯性参数，M为UUV腊摇角速度在北向轴下的惯性参数，aQ为水动力科氏参数，Q为1或 2,其中，《2 = }>'+K:'";Di为线性阻巧矩阵，D"i(V)为非线性阻巧矩阵，Du为随着 纵向速度改变而改变的阻巧矩阵，Tu为纵向推力，T。为纵倾力矩，Tt为转腊力矩；
[0050]其中，
[0054] 式中，Xu为UUV纵向角速度在X轴下的线性阻巧参数，Yy为UUV横向角速度在y轴 下的线性阻巧参数，Yf为UUV腊摇角速度在y轴下的线性阻巧参数，Ny为UUV横向角速度在 北向轴下的线性阻巧参数，Nf为UUV腊摇角速度在北向轴下的线性阻巧参数，YW为UUV横 向角速度在y轴下的非线性阻巧参数，Yut为UUV腊摇角速度在y轴下的非线性阻巧参数，Nw为UUV横向角速度在北向轴下的非线性阻巧参数，Nut为UUV腊摇角速度在北向轴下的 非线性阻巧参数，X|u|u为UUV纵向角速度在X轴D。1(V)矩阵内的参数，Y|y|y为UUV横向角速 度在y轴D"i(V)矩阵内的参数，Y|y|t为UUV腊摇角速度在y轴D"i(V)矩阵内的参数，N|t|y为 UUV横向角速度在北向轴D"i(V)矩阵内的参数，％I为UUV腊摇角速度在北向轴D"i(V)矩 阵内的参数，
[0055] m = 40，W，''=2.2，Nv=36，Yuv=〇，^=-1.42，X"r=〇.l，、l=S2，F"r="X,;， 1；二-38.4, 1；=1〇,而，=200,W",二"巧-式），I；二-2.5,Yr=5，Iz=8.0, ％=巧， Nr=5, W,=-8.9，N|r|r= 15;
[0056] 向量的形式表示为：
[0057] T=[Tu TJT
[0058]其中，T为执行机构的控制力矩阵，Tu为纵向推力，T。为纵倾力矩，Tt为转腊 力矩；
[0059] 得出UUV水平面数学模型，其微分方程组的形式如下式：
[0064] 式中，A为质量参数，B为附加质量参数，mi。为UUV质量，I为0、1、2、3、4、5、6、7、 8 或 9，Q为 0、1、2、3、4、5、6、7、8 或 9，dE。为水动力阻巧参数，E为 1、2、3、4、5、6、7、8 或 9，G 为 1、2、3、4、5、6、7、8 或 9,Cec为刚体科氏参数，E为 1、2、3、4、5、6、7、8 或 9,G为 1、2、3、4、 5、6、7、8 或 9 ;
[0065] 其它步骤及参数与【具体实施方式】一相同。
【具体实施方式】 [0066] 本实施方式与一或二不同的是：所述所述步骤二 中在UUV水平面数学模型的基础上对无人航行器进行PID控制，实现UUV航迹跟踪控制；具 体过程为：
[0067] PID控制算法；
[0068] it
[006引式中，1^为实时期望腊向，是通过编程人为设定的期望值，为抓￥航行时的实 际腊向值，为腊向误差；
[0070] UUV腊向的PID控制规律为；I// =A'" .I//, + 占,.JI//,. +V1/少
[0071] 式中，kp为比例增益，ki为积分增益，kd为微分增益，5/>为的一阶导数，均是通 过调节时人为给定的参数。
[0072] 其它步骤及参数与【具体实施方式】一或二相同。
【具体实施方式】 [0073] 四：本实施方式与一、二或=不同的是：所述步骤= 中在UUV航迹跟踪控制的基础上对PID控制进行改进，设计非线性控制律及观测器；具体过 程为：
[0074] 非线性控制律的确定；
[00巧]定义误差变量：
[0076]
[0077] 式中的Zi为腊向角的误差，e为腊向角误差的积分变量，a1为镇定函数，r为角 速度；Z,为镇定腊摇角差；
[0078] UUV航迹跟踪控制的误差动态方程为：
[0079]
[0080] 式中，"^^为e的一阶导数，知为21的一阶导数，！2为22的一阶导数，/^为!"的一阶 导数，〇1为镇定函数，加为〇1的一阶导数，^/>为iD的一阶导数；
[0081] 选取镇定函数：
[0082] 曰 1=-kEe-kziZi
[0083] k。为腊相角积分误差设计参数ku为腊相角设计参数；
[0084] 可知，
[0085] di二ke台一hih
[0086] 得到了非线性控制律的表达式为：
[0087] IV二一W++M^ch-Zl-后2Z2
[008引式中，kz2为设计参数，W为未知的扰动量的估计值，Ma为附加质量的惯性矩阵，D 为线性阻巧矩阵，Tr为转腊力矩；
[008引观测器的确定；
[0090] 设UUV位置与腊向角的估计值为=巧J'，^)，（为V的估计值；
[0091]其中，7为UUV位置与腊向角的估计值，去为估计的X轴位姿，少为估计的y轴位 姿，?^为估计的UUV航行的实时腊向；
[0092] 则定义UUV的速度与位置观测误差为：
[0093]
[0094] 式中，巧为位置观测误差，V为速度观测误差，n为UUV的位置矩阵；
[0095] 根据UUV跟踪控制系统设计Luenberger型观测器；
[0096] 所述，Luenberger型观测器为隆伯格型观测器；
[0097]
[009引式中，RU)为旋转矩阵，Cw(V)为刚体的科氏矩阵，D(V)为水动力阻巧矩阵，Ca(V)为水动力科氏矩阵，^为时间常数，W为未知扰动，X为纵向速度的旋转矩阵， Fw vUUV纵向角速度，T。为水动力矩，W为未知扰动量，W为扰动量一阶导数；
[0099] 可W得到观测器的误差动态方程：
[0100]
A
[0101] 式中，Ki为观测器增益，K2为一是时间常数，义为纵向速度的旋转矩阵估计值，i) fw 为纵向速度估计值，Gw(巧:为刚体科氏矩阵估计值，。(巧为水动力阻巧矩阵估计值，诗，为 未知干扰量估计值，R(i]〇为旋转矩阵，占为未知干扰量估计值一阶导数，f为纵向速度的 旋转矩阵误差为扰动波长，r，为扰动角。
[0102] 其它步骤及参数与【具体实施方式】一、二或=相同。
[0103]采用W下实施例验证本发明的有益效果：
[0104] 实施例1
[0105] 环境干扰下的水下无人航行器航迹跟踪控制优化方法具体是按照W下步骤进行 的：
[0106] 步骤一、UUV模型的建立；
[0107] 步骤二、在UUV模型的基础上进行PID控制实现UUV航迹跟踪控制；
[010引 PID控制算法；
[010引 i]5e= 广1]5
[0110] 式中，1^为实时期望腊向，是通过编程人为设定的期望值，为UUV航行时的实 际腊向值，1]^6为腊向误差；
[01川UUV腊向的PID控制规律为淨=、?於+&,.
[0112] 式中，kp为比例增益，ki为积分增益，kd为微分增益，？/>为1]^的一阶导数，均是通 过调节时人为给定的参数；kp= 8,k1= 0. 5,kd= 25 ;
[0113] 步骤=、在UUV航迹跟踪控制的基础上对PID控制进行改进，即带观测器的非线性 输出反馈控制；
[0114] 非线性控制律的确定：
[0115] 定义误差变量：
[0116]
[0117] 式中的zi为腊向角的误差，e为腊向角误差的积分变量，a1为镇定函数，r为角 速度；Z,为镇定腊摇角差；
[0118] UUV航迹跟踪控制的误差动态方程为：
[0119]
[0120] 式中，心为e的一阶导数，A为Zi的一阶导数，扣为Z2的一阶导数，r为r的一阶 导数，a1为镇定函数，化为a1的一阶导数，^为iD的一阶导数；
[0121] 选取镇定函数：
[0122] a1=-kee-kziZi
[0123] ke为腊相角积分误差设计参数，k,i为腊相角设计参数；取k。= 3.45，k,i= 6.8， Ki= 10,K2= 0. 56 ；
[0124] 可知，
[0125]
[0126] 得到了非线性控制律的表达式为：
[0127]
[012引式中，k,2为设计参数，布为未知的扰动量的估计值，Ma为附加质量的惯性矩阵，D 为线性阻巧矩阵，Tr为转腊力矩；
[0129] 观测器的确定；
[0130] 设UUV位置与腊向角的估计值为I々=托知八，V为V的估计值；
[0131]其中，巧;为UUV位置与腊向角的估计值，X为估计的X轴位姿，少为估计的y轴位 姿，|/>为估计的UUV航行的实时腊向；
[0132] 则定义UUV的速度与位置观测误差为：
[0133]
[0134] 式中，巧为位置观测误差，P为速度观测误差，n为UUV的位置矩阵；
[01巧]根据UUV跟踪控制系统设计Luenberger型观测器；
[0136] 所述，Luenberger型观测器为隆伯格型观测器；
[0137]
[013引式中，RU)为旋转矩阵，Cw(V)为刚体的科氏矩阵，D(V)为水动力阻巧矩阵，Ca(V)为水动力科氏矩阵，^为时间常数，W为未知扰动，乂为纵向速度的旋转矩阵， Tw VUUV纵向角速度，T。为水动力矩，W为未知扰动量，W为扰动量一阶导数；
[0139] 可W得到观测器的误差动态方程：
[0140]
[01川式中，Ki为观测器增益，K2为一是时间常数，Ki= 10,K2= 0. 56，义为纵向速度 !Tw 的旋转矩阵估计值，f为纵向速度估计值，CM巧为刚体科氏矩阵估计值，。快)为水动力阻 巧矩阵估计值，w;为未知干扰量估计值，R(i]〇为旋转矩阵，为未知干扰量估计值一阶导 数，i.为纵向速度的旋转矩阵误差，A为扰动波长，r，为扰动角；
[0142] 得到【附图说明】中图2 (a)、图2化）、图3 (a)和图3化）的仿真结果，从仿真结果可W 看出带观测器的非线性控制规律同样可W达到PID的控制效果，即UUV成功跟踪上一条我 所设定的直线轨迹，并达到误差为零 ；得到UUV航行速度，考虑了UUV航行速度对UUV航迹 跟踪控制的影响，提高了UUV的航迹跟踪控制的准确率。
【主权项】
1. 环境干扰下的水下无人航行器航迹跟踪控制优化方法，其特征在于，环境干扰下的 水下无人航行器航迹跟踪控制优化方法具体是按照以下步骤进行的： 步骤一、建立UUV水平面数学模型； 步骤二、在UUV水平面数学模型的基础上对无人航行器进行PID控制，实现UUV航迹跟 踪控制； 步骤三、在UUV航迹跟踪控制的基础上对PID控制进行改进，确定非线性控制律及观测 器。2. 根据权利要求1所述环境干扰下的水下无人航行器航迹跟踪控制优化方法，其特征 在于，所述步骤一中建立UUV水平面数学模型；具体过程为： (1) 运动学方程的建立： 设UUV在大地坐标系下的重心位姿矩阵为n =[x，y，Φ]τ，大地坐标系下的角速度矩阵 为々=[i，j:，, py，载体坐标系下角速度矩阵为V= [U, V，r]τ; 根据大地坐标系与载体坐标系之间的转换关系，得出运动学方程：用向量形式表示为：式中，J(?)为向量系数表示矩阵，η为UUV的位置矩阵，X为X轴重心的位姿，y为y 轴重心的位姿，Φ为UUV航行的实时艏向，6为大地坐标系下角速度矩阵，i为X轴角速度， 少为y轴角速度，#为Φ轴角速度，V为载体坐标系下角速度矩阵，u为艏摇角速度，V为 uuv纵向角速度， r为纵摇角速度，τ为矩阵转置符号； (2) 动力学方程的建立： UUV刚体受力与力矩满足方程： M+ Crb(V)V ^ Th 其中，Mkb为刚体的质量矩阵，V为载体坐标系下角速度矩阵，f为载体坐标系下UUV的 角速度矩阵的一阶导数，Ceb(V)为刚体的科氏矩阵，τΗ为总的水动力、水动力矩和执行机构 所产生的力与力矩； 其中的参数：式中，mIQ为UUV质量，X ^为UUV重心距X轴距离，r为UUV纵摇角速度，c Ee为刚体科氏 参数，E 为 1、2、3、4、5、6、7、8 或 9，G 为 1、2、3、4、5、6、7、8 或 9 ; τΗ = -MaV - C1(V)V - D(V)V - g(Q) + τ 其中，τ Η为总的水动力、水动力矩和执行机构所产生的力与力矩，Ma为附加质量的惯 性矩阵，D(V)为水动力阻尼矩阵，Ca(V)为水动力科氏矩阵，g(0)为浮力重力矩阵，τ为 执行机构的控制力矩阵；其中， D(V)=D1+uDu+Dnl (V) τ =[ Tu τqtJt 式中，X为UUV纵向角速度在X轴下的惯性参数，K为UUV横向角速度在y轴下的惯 性参数，E为UUV艏摇角速度在y轴下的惯性参数，为UUV横向角速度在北向轴下的惯 性参数，M为UUV艏摇角速度在北向轴下的惯性参数，aQ为水动力科氏参数，Q为1或2， 其中，α1 = Α>，α2 = ；Γνν+}^; Di为线性阻尼矩阵，Dni(v)为非线性阻尼矩阵，比为随着纵 向速度改变而改变的阻尼矩阵，τ为执行机构的控制力矩阵，T u为纵向推力，τ q为纵倾力 矩，Tr为转艏力矩； 其中，式中，Xu为UUV纵向角速度在X轴下的线性阻尼参数，Y $ UUV横向角速度在y轴下 的线性阻尼参数，乙为UUV艏摇角速度在y轴下的线性阻尼参数，NvS UUV横向角速度在 北向轴下的线性阻尼参数，队为UUV艏摇角速度在北向轴下的线性阻尼参数，Y ^为UUV横 向角速度在y轴下的非线性阻尼参数，Yu^3 UUV艏摇角速度在y轴下的非线性阻尼参数， NuvS UUV横向角速度在北向轴下的非线性阻尼参数，N^为UUV艏摇角速度在北向轴下的 非线性阻尼参数，Xlulu为UUV纵向角速度在X轴D nl (V)矩阵内的参数，YlvlvS UUV横向角速 度在y轴Dnl(V)矩阵内的参数，Ylvk为UUV艏摇角速度在y轴D nl(V)矩阵内的参数，Nhv为 UUV横向角速度在北向轴Dnl (V)矩阵内的参数，Nkk为UUV艏摇角速度在北向轴Dnl (V)矩 阵内的参数， m = 40，K = 2.2, Nv=36, Yuv=0,夂=-1.42，Z" = 0.1，8.2，【=<， Y, - -38.4 ； y：. = 10 ^ >|, ,, = 200 Nm = U{Y. - χ.) Jt= -2.5 ^ γ=^, ?ζ=8. 〇, Λ/,.,. = nY. ? 8.9, N|r丨r=15; 得出UUV水平面数学模型，其微分方程组的形式如下式：其中，A=-d22V+ (d26-uc26) r， B= (d62-uc62) v-d66r+ τ r式中，A为质量参数，B为附加质量参数，mIQ为UUV质量，I为0、1、2、3、4、5、6、7、8或9， Q 为 0、1、2、3、4、5、6、7、8 或 9，dEe为水动力阻尼参数，E 为 1、2、3、4、5、6、7、8 或 9，G 为 1、2、 3、4、5、6、7、8 或 9, cEe为刚体科氏参数，E 为 1、2、3、4、5、6、7、8 或 9, G 为 1、2、3、4、5、6、7、8 或9。3. 根据权利要求2所述环境干扰下的水下无人航行器航迹跟踪控制优化方法，其特征 在于，所述步骤二中在UUV水平面数学模型的基础上对无人航行器进行PID控制，实现UUV 航迹跟踪控制；具体过程为： PID控制算法为： φ6= φ d-i]) 式中，！^为实时期望艏向，是通过编程人为设定的期望值，Φ Suuv航行时的实际艏 向值，Φ e为艏向误差； UUV艏向的PID控制规律为：F = + t么 式中，kp为比例增益，h为积分增益，kdS微分增益，#为Φ的一阶导数，均是通过调 节时人为给定的参数。4. 根据权利要求3所述环境干扰下的水下无人航行器航迹跟踪控制优化方法，其特征 在于，所述步骤三中在UUV航迹跟踪控制的基础上对PID控制进行改进，设计非线性控制律 及观测器；具体过程为： 非线性控制律的确定： 定义误差变量：式中的Z1为艏向角的误差，ε为艏向角误差的积分变量，a i为镇定函数，r为纵摇角 速度；Z2为镇定艏摇角差； UUV航迹跟踪控制的误差动态方程为：式中，?为ε的一阶导数，么为Z1的一阶导数，i2 Sz2的一阶导数，/为r的一阶导数， Ci1为镇定函数，?ι为、的一阶导数，#为φ的一阶导数； 选取镇定函数： α 1= -k ε ε -^1Z1 k ε为艏相角积分误差设计参数kzl为艏相角设计参数； 可知， ex \ = k !;ε - kz\Z] 得到了非线性控制律的表达式为： Tr = -W+ Dai + MΑ?\ - Zl - k:iZ2 式中，kz2为设计参数，A为未知的扰动量的估计值，Ma为附加质量的惯性矩阵，D为线 性阻尼矩阵，τ r为转艏力矩； 观测器的确定： 设UUV位置与艏向角的估计值为6 = ，〖为V的估计值； 其中，4为UUV位置与艏向角的估计值，i为估计的X轴位姿，夕为估计的y轴位姿，# 为估计的UUV航行的实时艏向； 则定义UUV的速度与位置观测误差为：式中，々为位置观测误差，f为速度观测误差，η为UUV的位置矩阵； 根据UUV跟踪控制系统设计Luenberger型观测器： 所述，Luenberger型观测器为隆伯格型观测器；式中，RU)为旋转矩阵，Ceb(V)为刚体的科氏矩阵，D(V)为水动力阻尼矩阵，Ca(V)为 水动力科氏矩阵，i为时间常数，w为未知扰动，f为纵向速度的旋转矩阵，为UUV纵向角 Fw 速度的一阶导数，τ。为水动力矩，W为未知扰动量，A为扰动量一阶导数； 可以得到观测器的误差动态方程：式中，1为观测器增益，1(2为i是时间常数，i为纵向速度的旋转矩阵估计值，P为UUV Tw 纵向速度估计值，为刚体科氏矩阵估计值，ZXh为水动力阻尼矩阵估计值，i为未 知干扰量估计值，R(^)为旋转矩阵，4为未知干扰量估计值一阶导数，f为纵向速度的旋 转矩阵误差，λ为扰动波长，rw为扰动角。
【专利摘要】环境干扰下的水下无人航行器航迹跟踪控制优化方法，本发明涉及水下无人航行器航迹跟踪控制优化方法。本发明的目的是为了解决现有UUV的航迹跟踪控制的准确率低的问题。通过以下技术方案实现：步骤一、建立UUV水平面数学模型；步骤二、在UUV水平面数学模型的基础上进行PID控制，实现UUV航迹跟踪控制；步骤三、在UUV航迹跟踪控制的基础上对PID控制进行改进，确定非线性控制律及观测器。本发明应用于水下无人航行器领域。
【IPC分类】G05D1/10
【公开号】CN104881038
【申请号】CN201510194162
【发明人】陈兴林, 高怡然, 于志亮, 崔宁, 徐川川, 耿光晓, 李松峰, 李松, 罗文嘉
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月22日