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专利号: 2023102437197
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于事件触发的自主水下航行器轨迹跟踪控制方法,其特征在于,所述轨迹跟踪控制方法包括以下步骤:S1,根据三自由度自主水下航行器的系统结构特性,构建自主水下航行器的运动学模型和动力学模型;

S2,基于反步方法设计自主水下航行器的运动控制器,并获得虚拟控制输入,得到跟踪误差方程;采用全局滑模控制方法设计用于稳定跟踪误差的动态控制器;

S3,引入事件触发机制,在采取固定阈值策略触发控制的基础上,对自主水下航行器轨迹进行跟踪控制,且避免产生芝诺现象;

S3中,引入事件触发机制,在采取固定阈值策略触发控制的基础上,对自主水下航行器轨迹进行跟踪控制的过程包括以下步骤:S31,设计事件触发控制器为:

式中, 为事件触发控制器; 为事件触发控制器, 为触发时刻序列;

为事件触发控制器; 为事件触发控制器, 为触发时刻序列;

S32,设计事件触发条件为:

其中 、 和 、 都是正值常数且 、 , 、 , ;事件触发机制在系统中被触发时,输入从 更新到 , 是事件触发的瞬间,是控制器更新的瞬间;

S33,根据Lyapunov稳定性理论验证自主水下航行器系统的稳定性,通过分析保证内部事件时间大于一个正常数,确保控制信号不连续时间更新。

2.根据权利要求1所述的基于事件触发的自主水下航行器轨迹跟踪控制方法,其特征在于,步骤S1中,所述三自由度自主水下航行器的水平面运动学方程和动力学方程为:;

其中, 和 表示的是自主水下航行器在惯性坐标系下的水平位置坐标; 和 分别表示偏航角和偏航角速度; 和 分别表示浪涌和摇摆速度。

3.根据权利要求2所述的基于事件触发的自主水下航行器轨迹跟踪控制方法,其特征在于,步骤S1中,所述自主水下航行器的动力学模型为:;

式中, 、 和 代表自主水下航行器的广义质量; 、 和 代表线性阻尼系数; 、 和 代表二次阻尼系数; 和 分别代表浪涌力矩和偏航力矩;参数满足以下条件:;

其中:代表参数的标称值;代表参数扰动的上限。

4.根据权利要求3所述的基于事件触发的自主水下航行器轨迹跟踪控制方法,其特征在于,步骤S2中,采用全局滑模控制方法设计用于稳定跟踪误差的动态控制器的过程包括以下步骤:S21,定义系统的位置误差方程为:;

其中: 和 表示期望的位置坐标,且两者均是光滑的函数, 和 分别表示x轴和y轴的位置误差值;

S22,设计运动控制器,得到虚拟输入为:;

式中, 为浪涌速度的虚拟控制输入; 为偏航速度的虚拟控制输入; 为 期望的浪涌速度; 为角度稳态误差; 为可调增益系数; 为角速度;  为可调增益系数;

S23,设计动态控制器,得到动态控制律为:;

式中, 为可调系数; 为可调系数; 为参数扰动上限的增益系数; 为参数扰动上限的增益系数; 为全局滑模面; 为全局滑模面。

5.根据权利要求1所述的基于事件触发的自主水下航行器轨迹跟踪控制方法,其特征在于,步骤S33中,根据Lyapunov稳定性理论验证自主水下航行器系统的稳定性的过程包括:定义Lyapunov函数 :

式中, 为Lyapunov函数; 为Lyapunov函数;

分别对Lyapunov函数 求导并结合 得到:;

因为: ,所以: ;其中,

即系统的所有状态变量都是有界的,系统渐进稳定。