一种针对auv布放任务负载后模型变化的多模型切换控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种针对AUV布放任务负载后模型变化的多模型切换控制方法。包括以下步骤：采集环境数据信息和AUV状态信息；根据当前执行任务的状况，判断AUV模型是否发生变化，如果发生变化，判断控制模式选择数据库中是否有匹配的开关切换方案；控制效果辨识单元根据环境数据信息和AUV状态信息得到开关切换指令；智能切换开关单元进行控制器单元中相应控制器的切换，在控制器切换过程中，采用自适应鲁棒控制对AUV进行运动控制；在控制器切换过程后，控制器单元中相应控制器对AUV进行运动控制，利用自适应鲁棒控制调节当前控制器的参数。本发明能够根据布放任务负载后，能够快速并且稳定的进行控制。
【专利说明】一种针对AUV布放任务负载后模型变化的多模型切换控制 方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于一种AUV控制方法，尤其涉及一种能够实现稳定控制的，针对AUV布放 任务负载后模型变化的多模型切换控制方法。
【背景技术】
[0002] 水下无人航行器（AutonomousUnderwaterVehicle简称AUV)作为人类在海洋活 动，特别是深海活动中的重要替代者和执行者，已经被广泛应用于科学考察、深海作业、打 捞救生等领域，其应用前景非常广泛。根据海洋资源开发的需要，海洋利用不断向深海、远 海扩展;AUV则是不断向着多任务、自主化发展。面向多任务的AUV在进行远距离、多任务、 长航时的情况时，海洋温度、海水密度，任务需求等情况都会使AUV的动力学系统模型发生 变化，会导致AUV的浮力发生变化造成浮重力不均衡现象；有时AUV的某些作业任务需要布 放特种功能的负载，负载的布放会对AUV的浮重力及动力学系统模型产生较大影响，所以 为了实现多任务长航时自主化的功能，AUV在水下无人参与的情况下，自主调整应对浮力均 衡变化等一系列动力学系统模型突变的情况是提高AUV的环境适应能力，扩展AUV的航行 作业空间，提高AUV的作业能力的重要手段。AUV的均衡如果不能得到保证将会对AUV本身 的运动特性产生极大的影响，同时影响AUV的运动控制精度和稳定性，甚至会导致AUV的运 动控制失稳，最后造成无法弥补的损失。
[0003] 通过对国内现有技术文献检索，目前，多模型切换控制主要应用在理论推导和证 明阶段，实际应用中航空航天领域的应用较多。在水下无人航行器【技术领域】类似的技术研 究还处于初级探索阶段。例如，东南大学翟军勇等在2009年发表的"基于动态模型库的多 模型切换控制"，哈尔滨工程大学任洪亮发表的硕士论文"多模型控制理论在AUV运动中的 应用研究"。中科院沈阳自动化研究所周锡银等人在2012年发表的"基于权值范围设置的 多模型稳定切换控制研究"，上述文献有的没有实现在切换环节实现智能算法的平稳过渡， 或者有的是简单的使用PID控制，没有构建对应模型的控制方法集合，或者有的是多模型 的切换原则不同。都没有涉及AUV布放任务负载后模型变化时进行的稳定控制。
[0004] 通过对中国专利数据库、美国专利数据库及欧洲专利数据库的检索，未查到与本 发明类似的专利。经过对国内外现有技术的文献检索，尚未发现类似用于AUV的多模型切 换控制方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的还包括能够实现快速稳定控制的一种针对AUV布放任务负载后模 型变化的多模型切换控制方法。
[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0007] -种针对AUV布放任务负载后模型变化的多模型切换控制方法，包括以下几个步 骤：
[0008] 步骤一：环境感知单元采集环境数据信息，状态感知单元采集AUV状态信息；
[0009] 步骤二：根据AUV状态信息和当前执行任务的状况，判断AUV模型是否发生变化， 如果发生变化，根据当前AUV模型判断控制模式选择数据库中是否有匹配的开关切换方 案，如果有匹配的开关切换方案，则执行步骤四，如果没有匹配的开关切换方案则执行步骤 - · --，
[0010] 步骤三：控制效果辨识单元根据环境数据信息和AUV状态信息得到控制器单元中 每个控制器的切换指标，根据切换指标得到开关切换指令；
[0011] 步骤四：智能切换开关单元根据接收的开关切换指令或者开关切换方案进行控制 器单元中相应控制器的切换，
[0012] 在控制器切换过程中，控制效果辨识单元采用自适应鲁棒控制对AUV进行运动控 制；
[0013] 在控制器切换过程后，选择出的控制器单元中相应控制器对AUV进行运动控制， 当前AUV的状态信息反馈给控制效果辨识单元，得到当前的AUV状态参数的误差信息，利用 自适应鲁棒控制调节当前控制器的参数，实现AUV的稳定控制。
[0014] 本发明一种针对AUV布放任务负载后模型变化的多模型切换控制方法还包括：
[0015]1、开关切换方案是针对AUV多模型单元中的每一种AUV模型选择控制器单元中的 相应的控制器而制定的开关切换方案，AUV多模型单元包括AUV常态模型单元、AUV变化模 型单元和AUV应急模型单元，控制器单元包括常态控制器、任务控制器和应急控制器。
[0016] 2、控制效果辨识单元中根据切换指标得到开关切换指令的方法为：
[0017] 在当前AUV模型下将控制器单元中的每种控制器的反馈误差加权处理，得到每种 控制器的切换指标量：
【权利要求】
1. 一种针对AUV布放任务负载后模型变化的多模型切换控制方法，其特征在于，包括 以下几个步骤： 步骤一：环境感知单元采集环境数据信息，状态感知单元采集AUV状态信息； 步骤二：根据AUV状态信息和当前执行任务的状况，判断AUV模型是否发生变化，如果 发生变化，根据当前AUV模型判断控制模式选择数据库中是否有匹配的开关切换方案，如 果有匹配的开关切换方案，则执行步骤四，如果没有匹配的开关切换方案则执行步骤三； 步骤三：控制效果辨识单元根据环境数据信息和AUV状态信息得到控制器单元中每个 控制器的切换指标，根据切换指标得到开关切换指令； 步骤四：智能切换开关单元根据接收的开关切换指令或者开关切换方案进行控制器单 元中相应控制器的切换， 在控制器切换过程中，控制效果辨识单元采用自适应鲁棒控制对AUV进行运动控制； 在控制器切换过程后，选择出的控制器单元中相应控制器对AUV进行运动控制，当前AUV的状态信息反馈给控制效果辨识单元，得到当前的AUV状态参数的误差信息，利用自适 应鲁棒控制调节当前控制器的参数。
2. 根据权利要求1所述的一种针对AUV布放任务负载后模型变化的多模型切换控制方 法，其特征在于：所述的开关切换方案是针对AUV多模型单元中的每一种AUV模型选择控制 器单元中的相应的控制器而制定的开关切换方案，AUV多模型单元包括AUV常态模型单元、 AUV变化模型单元和AUV应急模型单元，控制器单元包括常态控制器、任务控制器和应急控 制器。
3. 根据权利要求1或2所述的一种针对AUV布放任务负载后模型变化的多模型切换控 制方法，其特征在于：所述的控制效果辨识单元中根据切换指标得到开关切换指令的方法 为： 在当前AUV模型下将控制器单元中的每种控制器的反馈误差加权处理，得到每种控制 器的切换指标：
式中，j=l，2，...，c+3， " ，、.N是一个正整数，《少)=J' 1 ，h>0是 一个常数， 选择出切换指标最小时对应的控制器，从而得到切换指令。
【文档编号】G05B13/04GK104317197SQ201410546110
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】张宏瀚, 刘一博, 严浙平, 周佳加, 郝冰 申请人:哈尔滨工程大学