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申请/专利权人：哈尔滨工程大学

摘要：本发明提供一种自主式水下机器人椭球形目标区域控制方法，属于自动控制领域包括：1提出一种基于观测器的区域控制方法。首先设计观测器估计自主式水下机器人的不可测量的状态信号，然后利用所得状态设计反馈控制器使得自主式水下机器人的状态信号收敛到一定的区域范围内。2提出一种观测器和控制器的联合设计方法。3提出一种椭球形目标区域控制方法。首先限制李雅普诺夫矩阵使得内容1中收敛区域在目标区域内，然后求解内容2中的设计条件同时得到观测器和控制器增益矩阵。本发明专利无需自主式水下机器人的所有状态已知，可将状态控制到给定目标区域，可用于自主式水下机器人目标区域控制、区域跟踪等领域。

主权项：1.一种自主式水下机器人椭球形目标区域控制方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：用椭球体来描述未知干扰和测量噪声不确定性的变化范围；针对未知有界扰动和测量噪声： 其中，和表示扰动和噪声的上界；用椭球体进行表征为： 步骤2：首先，利用龙贝格状态观测器估计自主式水下机器人的不可测量的速度或角速度状态变量；然后，利用状态反馈控制器，使自主式水下机器人的状态信号收敛；最后，基于李雅普诺夫稳定性理论，刻画稳态情况下包含系统状态的椭球体；建立自主式水下机器人的动力学线性模型为： 设计基于观测器的控制器为： 其中：是状态估计向量，L是状态观测器的增益矩阵，K是状态反馈控制器器的增益矩阵；定义状态估计误差：则增广闭环系统为： 其中：定义李雅普诺夫函数为：其中P＞0；考虑准则Vk+1≤αVk+1-αdTkdk，其中0＜α＜1；经过迭代运算，该准则推导得到当时间趋于无穷大时可得即增广后的系统状态最终收敛到椭球体步骤3：根据线性矩阵不等式理论，同时设计观测器和控制器，使包含自主式水下机器人的稳定系统状态的椭球体在给定区域内；由步骤2中的准则得区域收敛条件为： 令对上式左右乘以矩阵得： 对上式左右乘以矩阵并令得如下线性矩阵不等式： 同理，对区域收敛条件公式左右乘以矩阵并令可得如下线性矩阵不等式： 满足： 因为Y＞0，因此，成立，即成立，如果给定矩阵Xt满足X＜Xt，则成立；给定矩阵Xt,如果存在矩阵X＞0,Y＞0,使得线性矩阵不等式和X＜Xt同时成立，则系统状态xk最终收敛到目标区域且控制器和观测器增益矩阵由下式求得：

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百度查询： 哈尔滨工程大学 一种自主式水下机器人椭球形目标区域控制方法