买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：中国人民解放军海军工程大学

摘要：本发明属于水下航行器控制方法技术领域，具体涉及一种基于模型的水下航行器抗横滚三维跟踪控制方法。包括如下步骤，立水下航行器运动模型，分别建立坐标系；定义运动向量，建立三维空间中运动学模型和动力学模型；基于非线性复合LOS建立运动学控制律建立控制器位置误差，设计三维跟踪制导律，基于抗饱和非线性控制分配器的建立优化目标函数；通过舵角对力和力矩进行解算，考虑控制精度、执行器饱和约束、能量消耗的优化求解，建立优化目标函数；本申请的基于模型的水下航行器抗横滚三维跟踪控制方法在迹跟踪控制过程中，能够在不同初始姿态下都产生很好的跟踪效果，且控制方案的姿态误差收敛，能够同时控制水下航行器横滚、俯仰和偏航姿态。

主权项：1.一种基于模型的水下航行器抗横滚三维跟踪控制方法，其特征在于，包括如下步骤步骤一、建立航行器运动模型分别建立惯性坐标系{I}，随体坐标系{B}，Serret-Frenet坐标系{F}和和速度坐标系{V}；定义航行器运动向量，包括：在{I}坐标系下的姿态向量η＝[P,Θ]·，其中P＝[x,y,z]·为位置向量，Θ＝[φ,θ,ψ]·为姿态向量；在{B}坐标系下的线速度v＝[u,v,w]·和角速度ω＝[p,q,r]·；在{V}坐标系下的合速度向量UV＝[U,0,0]·，其中基于刚体的牛顿欧拉公式和拉格朗日公式，建立环形器运动学和动力学模型：其中，M表示附加质量矩阵，Cν为科里奥利和向心矩阵，Dν为阻尼矩阵，gη为重力和浮力矢量，τ为输入控制力和力矩，d为时变的未知扰动，Jη为η和ν的雅可比旋转矩阵；建立环形器三维空间中的六自由度运动学模型和动力学模型；其中六自由度运动学模型为： 动力学模型为：其中， 其中，miii＝1,2,3,4,5,6为附加质量，X·，Y·，Z·，K·，M·和N·为水动力系数；步骤二、基于非线性复合LOS建立运动学控制律为了镇定航行器的姿态误差，建立控制器位置误差：其中旋转矩阵为表示从{F}坐标系到{I}坐标系，绕{I}坐标系的zI轴旋转再绕{I}坐标系的xI轴旋转得到{F}坐标系；求导得式中，Ud＝[Ud,0,0]·为期望合速度向量，且设χe和υe为LOS制导律的前视角，则轨迹跟踪的位置误差模型为：设计正定的李雅普诺夫函数，并对其求导为： 为得到负定的公式，设计三维跟踪制导律如下： 其中，ks＞0，ke＞0和kh＞0是制导律的增益系数，前视距离Δe＞0，Δh＞0；联立后得到：设航行器姿态误差和目标姿态为Θe＝[φe,θe,ψe]·和Θe＝Θ-Θd，真实环境中的水动力角为[α,β]，航向角为[υ,χ]，采用坐标系的等价关系转换推导期望的姿态角[φ,θ,ψ]，其中攻角为α＝arctanwu，漂角为则期望姿态角与水动力角和期望航向角的关系为： 其中，为镇定航行器姿态误差，设正定李雅普诺夫函数如下：V2＝1-cosφe+1-cosθe+1-cosψe得到基于非线性复合LOS制导律的运动学控制律： 步骤三、基于抗饱和非线性控制分配器的建立优化目标函数；基于步骤二得到期望的力和力矩，通过舵角对力和力矩进行解算，考虑控制精度、执行器饱和约束、能量消耗的优化求解，建立优化目标函数如下： 其中，ε表示消耗能量和控制精度的权重参数，s为力或力矩控制误差，δmax和δ′max为航行器的最大舵角和最大转舵速率；基于优化目标函数进行进行优化求解，得到三维运动参数，完成航行器的三维跟踪控制。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 中国人民解放军海军工程大学 一种基于模型的水下航行器抗横滚三维跟踪控制方法