一种AUV自适应模糊控制方法

本发明公开一种auv自适应模糊控制方法，属于模糊控制。

背景技术：

1、auv自适应模糊控制的主流参数辨识的主要方法是根据输入-输出数据对进行建模，然而在实际系统中还有一个很重要的信息来源：操作专家，他们对系统较为熟悉，可以采用不够精确的模糊语言对系统进行描述，并且利用着这类语言信息完成对系统的控制，同时可以很大程度帮助了解系统，但是这类信息无法直接运用到现有主流参数辨识器中。当由于后续科研任务需要给auv加装机械臂或其他模块时，主流参数辨识器会失效。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种auv自适应模糊控制方法，以解决现有技术中，模糊语言无法直接运用到现有主流参数辨识器中的问题。

2、一种auv自适应模糊控制方法，包括：

3、s1.定义北东地坐标系作为固定坐标系，机体坐标系为动坐标系，对fossen动力学方程进行整理变形，得到控制输入和六个自由度；

4、s2.采用隶属函数分别对模糊系统的第个输入进行输入模糊化；

5、s3.设置模糊规则；

6、s4.进行模糊推理；

7、s5.计算模糊输出；

8、s6.引入模糊基向量，对模糊输出进行变形；

9、s7.设计滑模面，计算控制输入；

10、s8.根据李雅普诺夫定理判稳；

11、s9.将模糊基向量带入s7，得到模糊控制中的控制输入。

12、s1包括：

13、s1.1.；

14、式中，为加速度矩阵，为包括附加质量得系统惯性矩阵，为包括附加质量的科里奥利向心矩阵，是速度矩阵，，为x轴上的速度，为y轴上的速度，为z轴上的速度，为x轴上的角速度，为y轴上的角速度，为z轴上的角速度，d为阻尼矩阵，为恢复力，为外部干扰力，包括风力、波浪诱导力、压载控制，为auv的6个推进器在三轴上的推力和推力矩，也是控制输入；

15、s1.2.设中间变量为，令，则为：

16、；

17、式中，，，和均为中间变量；

18、s1.3.设定期望轨迹为，轨迹跟踪误差为：

19、；

20、式中，为轨迹跟踪误差，为位置和欧拉角矩阵，，分别是三个方向上的位移，分别是三个欧拉角。

21、s2包括，设auv自适应模糊控制系统输入是，，采用以下五种隶属函数分别对模糊系统的第个输入进行输入模糊化：

22、；；；

23、；；

24、式中，、、、、分别为五种隶属函数，隶属函数的结果为隶属值。

25、s3包括，设模糊规则为：如果是且是，则是；

26、其中，是进行输入模糊化后生成的模糊集，表示对变量定义的第个模糊集，表示对变量定义的第个模糊集，是模糊系统输出的第个分量，是的模糊集，表示对的第个模糊集，，表示中的6个自由度，，，和表示五种隶属函数，；表示1个自由度在输入和输出上存在25种模糊集组合。

27、s4包括，采用乘积推理机实现规则的广义拒式前提推理，推理结果为：

28、；

29、式中，表示对变量定义的第个模糊集的隶属度，表示对变量定义的第个模糊集的隶属度；

30、采用乘积推理机实现规则前提与规则结论的推理，推理结果为：

31、；

32、式中，采用非单值模糊器求解，表示隶属函数最大值1对应的输入值。

33、s5包括，对所有模糊规则进行并运算，得到模糊系统的输出为：

34、；

35、采用平均解模糊器，得到模糊输出：

36、。

37、s6包括，引入模糊基向量，的第个分量为：

38、；

39、得到模糊输出：

40、；

41、式中，为自适应调参矩阵。

42、s7包括，设计滑模面：

43、；

44、式中，为滑模面选定参数，表示滑模面，表示误差的一阶导数；

45、等速趋近律为：

46、；

47、式中，为可调参数，，表示趋近律，表示的符号；

48、用模糊输出代替原系统中的，计算控制输入：

49、；

50、式中，表示期望轨迹的二阶导数。

51、s8包括，根据李雅普诺夫定理判稳，选定以下关系式：

52、；；

53、式中，表示李雅普诺夫函数，表示可调参数，表示可调参数的一阶导数，表示模糊基向量。

54、s9包括：

55、。

56、相对比现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明具采用的非线性系统辨识器为自适应模糊控制器，综合运用语言描述信息和输入-输出对信息并且可以适应模型参数变化。

技术特征：

1.一种auv自适应模糊控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种auv自适应模糊控制方法，其特征在于，s1包括：

3.根据权利要求2所述的一种auv自适应模糊控制方法，其特征在于，s2包括，设auv自适应模糊控制系统输入是，，采用以下五种隶属函数分别对模糊系统的第个输入进行输入模糊化：

4.根据权利要求3所述的一种auv自适应模糊控制方法，其特征在于，s3包括，设模糊规则为：如果是且是，则是；

5.根据权利要求4所述的一种auv自适应模糊控制方法，其特征在于，s4包括，采用乘积推理机实现规则的广义拒式前提推理，推理结果为：

6.根据权利要求5所述的一种auv自适应模糊控制方法，其特征在于，s5包括，对所有模糊规则进行并运算，得到模糊系统的输出为：

7.根据权利要求6所述的一种auv自适应模糊控制方法，其特征在于，s6包括，引入模糊基向量，的第个分量为：

8.根据权利要求7所述的一种auv自适应模糊控制方法，其特征在于，s7包括，设计滑模面：

9.根据权利要求8所述的一种auv自适应模糊控制方法，其特征在于，s8包括，根据李雅普诺夫定理判稳，选定以下关系式：

10.根据权利要求9所述的一种auv自适应模糊控制方法，其特征在于，s9包括：

技术总结
本发明公开一种AUV自适应模糊控制方法，属于模糊控制技术领域，用于对AUV进行模糊控制，包括定义北东地坐标系作为固定坐标系，机体坐标系为动坐标系，对Fossen动力学方程进行整理变形，得到控制输入和六个自由度；采用隶属函数分别对模糊系统的输入进行输入模糊化，设置模糊规则并进行模糊推理，引入模糊基向量对模糊输出进行变形；设计滑模面，计算控制输入，根据李雅普诺夫定理判稳得到模糊控制中的控制输入。本发明具采用的非线性系统辨识器为自适应模糊控制器，综合运用语言描述信息和输入‑输出对信息并且可以适应模型参数变化。

技术研发人员：王宗省,杨钰琳,张方震,孙绪,刘鑫瑞,郑佳琪,徐凯旋,韩青春
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17