申请/专利权人：安徽大学

申请日：2023-07-12

公开（公告）日：2024-03-08

公开（公告）号：CN116736721B

主分类号：G05B13/04

分类号：G05B13/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.08#授权;2023.09.29#实质审查的生效;2023.09.12#公开

摘要：本发明公开了一种变结构水下机器人游走模式运动控制方法和系统，包括根据水下机器人动力学模型得到大地坐标系下的横垂面控制模型；基于横垂面控制模型，水下机器人进行游走作业和爬行作业模式切换：当翻转角与作业壁面平行角的偏差大于等于阈值时，采用模糊控制器对水下机器人推进器进行转速控制；当翻转角与作业壁面平行角的偏差小于阈值时，采用生物启发反步滑模级联控制器对水下机器人进行位姿控制；在达到与壁面近似平行的期望角度时，水下机器人推进器对机身深度方向施加推力，直至航行器吸附与壁面。能够有效的进行水下机器人水下作业方式间的切换，既能保证水下机器人安全作业又能符合工程需求。

主权项：1.一种变结构水下机器人游走模式运动控制方法，所述变结构水下机器人同时具备游动和爬壁两种作业模式，其特征在于，所述变结构水下机器人游走模式运动控制方法，包括：根据水下机器人动力学模型得到大地坐标系下的横垂面控制模型；基于横垂面控制模型，水下机器人进行游走和爬行作业模式切换：当翻转角与作业壁面平行角的偏差大于等于阈值时，采用模糊控制器对水下机器人推进器进行转速控制；所述模糊控制器以当前翻转角与作业壁面平行角的偏差，即横摇角的偏差E以及偏差变化量EC作为输入量，推进器转速y为输出量，其模糊控制策略为：1将横摇角的偏差E及偏差变化量EC划分为模糊子集；将推进器转速Y划分为模糊子集；选取E,EC和Y的论域；输入量与输出量均采用三角形隶属度函数；2基于1得到相应的模糊控制规则，采用MAX-MIN的合成运算法则，计算模糊控制规则蕴含的模糊关系R；3通过遍历E和EC所有的论域对模糊值进行选取，并计算模糊输出值： 采用重心法进行解模糊： 式中：F0为模糊控制器输出量解模糊后的精确值，Fi为模糊控制量论域内的值，μcFi为Fi的隶属度值；当翻转角与作业壁面平行角的偏差小于阈值时，采用生物启发反步滑模级联控制器对水下机器人进行位姿控制；所述生物启发反步滑模级联控制器的控制策略为：设定是期望的位姿，ηR为实际的位姿，水下机器人位姿的误差ec为： 相应的滑模面与控制律设计过程为：滑模面设计如下： 其中，s是误差滑模面，表示水下机器人误差的导数，Λ表示一个正常数；对等式12求导，得到： 其中，表示误差滑模面的导数，表示水下机器人误差的二阶导数,表示在大地坐标系下机器人的期望速度，表示在大地坐标系下机器人的实际的速度；当水下机器人系统运行于滑模面的时候，等式13等于零，即： 将大地坐标系下的横垂面控制模型代入等式14，得到： 将水下机器人的动力学方程等效为估计动力学项与未知动力学项即： 其中：是的估计项，是的未知项，是未知的扰动量；因此等价控制律推导为： 其中，kc是正常值系数；传统的滑模控制设计为 其中，k是控制器正常值系数；为了消除由不连续切换项带来的抖振问题，构造自适应控制项加入到控制律中去取代切换项ksgns： 其中，是用来估计未知量的自适应变化项，K自适应控制器的正常值系数，未知的不确定量满足以下更新率： 其中，Γ自适应控制器的正常值系数；则完整的控制律表述为： 在达到与壁面近似平行的期望角度时，水下机器人推进器对机身深度方向施加推力，直至航行器吸附与壁面，实现爬壁动作。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 安徽大学 一种变结构水下机器人游走模式运动控制方法和系统

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