基于神经动态模型反步法的AUV水平面路径跟踪控制方法

摘要

基于神经动态模型反步法的AUV水平面路径跟踪控制方法，涉及欠驱动AUV的水平面路径跟踪控制技术领域。本发明是为了提高AUV路径跟踪控制的精度。本发明引进了神经动态模型理论，该模型具有输入输出平滑的特性。将反步法设计过程中出现的虚拟控制量流经神经动态模型，从而避免了对虚拟控制量的复杂求导运算，较传统的反步法设计而言避免了可能出现的“参数爆炸”现象，大大提高了系统的控制精度。

主权项

基于神经动态模型反步法的AUV水平面路径跟踪控制方法，其特征是：它包括以下步骤：步骤一、建立AUV的水平面三自由度动力学模型：$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{·}{u}=\frac{m_{22}}{m_{11}}vr-\frac{d_{11}}{m_{11}}u+\frac{1}{m_{11}}F\\ \stackrel{·}{v}=-\frac{m_{11}}{m_{22}}ur-\frac{d_{22}}{m_{22}}v\\ \stackrel{·}{r}=\frac{m_{11}-m_{22}}{m_{33}}uv-\frac{d_{33}}{m_{33}}r+\frac{1}{m_{33}}T\end{array}\right.$其中：F代表推进器推力，T表示AUV的转艏力矩，m₁₁、m₂₂、m₃₃、d₁₁、d₂₂和d₃₃分别为AUV的水动力系数；u为AUV的前向运动速度，v为AUV的横向运动速度，r代表AUV的转艏速度；步骤二、通过AUV搭载的测量传感器对自身位置信息进行采集，获得AUV当前的位置坐标、方位角及载体坐标系轴向的线速度信息；步骤三、根据步骤二中采集的AUV自身位置信息，结合期望跟踪轨迹参数方程求取AUV的位置跟踪误差；步骤四、根据步骤三获得的AUV的位置跟踪误差，采用神经动态模型反步法计算AUV的前向速度虚拟控制量和横向速度虚拟控制量，结合AUV的水平面数学模型水动力参数，求取欠驱动AUV的水平面路径跟踪的AUV推进器推力信号；步骤五、采用神经动态模型反步法计算AUV的转艏虚拟控制量，结合AUV的水动力参数，求取欠驱动AUV的水平面路径跟踪的转艏力矩控制信号；步骤六、将取得的AUV推进器推力和转艏力矩信号应用于欠驱动AUV的水平面路径跟踪控制；步骤七、计算当前AUV的实时位置与给定期望路径参考位置之间的偏差，若偏差距离有界且渐进收敛至零的极小邻域内，则表示AUV跟踪上了期望轨迹；反之，表示AUV跟踪给定期望轨迹失败，返回执行步骤三。