一种水下机器人的自适应运动控制装置及其方法与流程

技术特征：

1.一种水下机器人自适应运动控制装置，其特征在于，包括内环控制模块(1)和外环控制模块(2)，外环控制模块(2)对期望信号进行跟踪，内环控制模块(1)对外环控制模块(2)的虚拟控制律进行跟踪；所述外环控制模块(2)中加入干扰补偿项和输入不确定性补偿项，外环控制模块(2)基于模糊逻辑模块(9)的模糊逻辑的和动态信号生成模块(8)的动态信号构建非线性自适应补偿模块(11)；

基于非线性自适应补偿模块(11)构建执行机构非线性模块(3)，基于执行机构非线性模块(3)构建水下机器人动力学模型(4)，基于水下机器人动力学模型(4)构建水下机器人运动学模型(5)。

2.根据权利要求1所述的水下机器人自适应运动控制装置，其特征在于，所述外环控制模型(2)中水下环境干扰自适应补偿模块(6)完成干扰补偿项，通过非线性反馈模块(7)完成输入不确定性补偿项。

3.根据权利要求2所述的水下机器人自适应运动控制装置，其特征在于，所述水下环境干扰自适应补偿模块(6)、非线性反馈模块(7)、动态信号生成模块(8)和模糊逻辑模块(9)共同构建控制分配模块(10)，并且基于控制分配模块(10)构建非线性自适应补偿模块(11)。

4.一种水下机器人自适应运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，构建水下机器人的运动学模型和动力学模型，并且构建水下机器人执行机构的非线性死区特性；

步骤2，对未建模动态进行补偿，生成非线性动态补偿信号，其中未建模状态满足输入状态稳定性；

步骤3，构建外环控制律和内环控制律，并且基于模糊逻辑构建外环虚拟控制律；

步骤4，对水下机器人多执行机构的虚拟控制量进行控制分配。

5.根据权利要求4所述的水下机器人自适应运动控制方法，其特征在于，所述步骤1中还包括建立未建模状态下的动态方程：其中v表示水下机器人的速度向量，ω表示水下机器人未建模的状态。

6.根据权利要求4或5任意一项所述的水下机器人自适应运动控制方法，其特征在于，所述步骤1中水下机器人的运动学模型和动力学模型为：

其中M为惯性矩阵，C(v)为科氏力和向心力矩阵，D(v)为水动力矩阵，g(η)为恢复力和力矩向量，N为执行机构个数，τd为外部干扰力和力矩，J(η)为转换矩阵，η表示水下机器人的位置和姿态向量，表示水下机器人的速度向量，表示水下机器人的第j个执行机构的控制输出向量，Bj表示第j个执行机构的控制分布矩阵；

其中水下机器人执行机构的非线性死区特性为：

其中mj,i,l(t)和mj,i,r(t)分别为第j个舵的第i个分量的死区特性的左右斜率；δj,i,l和δj,i,r分别为死区非线性的左右折点，τj,i,0(t)为该舵系统的输入，τj,i(t)为该舵系统的输出。

7.根据权利要求4所述的水下机器人自适应运动控制方法，其特征在于，所述步骤3还包括根据内环跟踪误差建立内环跟踪误差的动态方程：。

8.根据权利要求4所述的水下机器人自适应运动控制方法，其特征在于，所述步骤4还包括通过自适应补偿项克服由其自身带来的输入不确定性。