2、运动控制计算机接收深度指令，结合传感器反馈的初始状态信息输入T-S模糊 时滞模型求解出控制器状态反馈系数。
[0049] 3、控制器通过解算当前传感器反馈的实时状态信息，输出舵角控制指令；
[0050] 4、舵机执行控制指令，完成UUV深度控制，若达到指定深度则结束，若没有则转至 步骤3。如此形成闭环控制系统实现欠驱动UUV垂直面在时滞状态下的运动控制。
[0051] 欠驱动UUV垂直面在网络通信时滞状态下的控制包含了硬件结构的搭建、T-S模糊 时滞模型的建立、控制器的解算，结合附图对本发明详细的描述：
[0052] 结合图1，搭建的UUV垂直面的网络硬件结构图。多普勒计程仪、可编程运动控制 器、深度传感器、姿态传感器组成UUV垂直面的传感器系统;ARM和运动控制计算机组成UUV 垂直面的控制器系统;可编程运动控制器和水平舵组成UUV垂直面的执行机构。传感器系统 提供俯仰角、航速、深度信息，这些信息通过串口发送给运动控制计算机。运动控制计算机 在接收到数据后进行相应的模数转换并结算出舵角指令，同时通过以太网输出舵角指令给 ARM后控制执行机构控制UUV的深度。
[0053] 结合图2,建立T-S模糊时滞模型。本发明研究欠驱动UUV的垂直面运动。假设UUV的 轴向速度为恒定值，所有横向参数都为零，且系统有且只有一个控制输入，即水平舵舵角 δ3。其运动学和动力学方程可表示为：
[0058] 式中，m为UUV的质量，q为纵倾角速度4为纵倾角的加速度，Θ为纵倾角，w为基于艇 体坐标系的下潜速度，#为基于艇体坐标系的下潜加速度，I yy为关于纵倾角的转动惯量，u 为UUV的巡航速度，z为UUV的深度，?为基于固定坐标系下潜速度，W和B〇分别为的重力和浮 力，之?、、Zuq、Zuw、Zw | w |、Zq | q |、Zuu、Muq、Muw、Mw | w |、Mq | q |、Muu为的水动力参数；（XG， yc，zc)和(χβ，υβ，ζβ)分别为UUV的重心和浮力中心。
[0059] 忽略二阶系数且令(XG，yG，ZG) = (XB，yB，ZB)=O，x=(wq0z)T，u(t) = 5s(tWl^ 式(1)线性化可的方程组为
[0060] Wx(s) = Axij) + Μιι(ι) (2)
[0061] 其中：
[0065]在图2中有信息从传感器到控制器的时滞为tsc，控制器到执行机构时滞为^。令τ =、。+1。3建立1]1^垂直面时滞模型为
[0068] $Χτ = Χα-τ)有以下T-S模糊规则：
[0073]于是有UUV垂直面T-S模糊时滞模型的状态方程：
[0075]其中MU(t))为模糊规则间的隶属函数
>针对每个模糊规则设计 模糊状态反馈控制器有：
[0077] 选择适当的Lyapunov函数，通过LMI求解出相应的状态反馈系数。
【主权项】
1. 基于T-s模糊时滞模型的欠驱动uuv垂直面控制方法，其特征是:它由w下步骤实现： 步骤一、初始化UUV，获取初始状态信息当前深度、俯仰角和下潜速度； 步骤二、运动控制计算机接收深度指令，结合传感器反馈的初始状态信息输入T-S模糊 时滞数学模型求解出控制器状态反馈系数； 步骤Ξ、控制器通过解算当前传感器反馈的实时状态信息，输出舱角控制指令； 步骤四、舱机执行控制指令，完成UUV深度控制，并判断是否达到指定深度，如果判断结 果为是，则结束本次下潜任务;如果判断结果为否，则返回执行步骤Ξ; 实现欠驱动UUV垂直面在时滞状态下的闭环运动控制。2. 根据权利要求1所述的基于T-S模糊时滞模型的欠驱动UUV垂直面控制方法，其特征 在于步骤二中所述的T-S模糊时滞数学模型采用UUV垂直面模糊时滞数学模型实现，所述 UUV垂直面模糊时滞数学模型具体为： 步骤A1、建立UUV垂直面数学模型： 假设UUV的轴向速度为恒定值，所有横向参数都为零，且系统有且只有一个控制输入， 良P:水平舱舱角Ss; 则其运动学和动力学方程表示为：式中:m为UUV的质量，q为纵倾角速度，4为纵倾角的加速度，Θ为纵倾角，W为基于艇体坐 标系的下潜速度，悚为基于艇体坐标系的下潜加速度，lyy为关于纵倾角的转动惯量，U为UUV 的巡航速度，Z为UUV的深度，?为基于固定坐标系下潜速度，W和Bo分别为的重力和浮力， 鸣、Z*.'、Zuq、Zuw、Zw| w|、Zq I q I、Zuu、、Α?*、Muq、Muw、Mw| w|、Mq I q I、Muu为的水动力参数；（XG , yC , ZG)和(祉，yB，ZB)分别为UUV的重屯、和浮力中屯、； 忽略二阶系数且令(XG，yG，ZG) = (祉，yB，ZB)=0，x=(w q Θ z)T，u(t) = Ss(t)卯J式（1)线 性化的方程组为：步骤A2、建立UUV垂直面模糊时滞数学模型： 根据（1)中的UUV垂直面的数学模型，结合信息从传感器到控制器的时滞为Ts。，控制器 到执行机构时滞为1。3; 令τ = Tsc+Tca建立UUV垂直面时滞模型为：(，） 式中：Z =辟T-，4 = (1 -《灰-乂，0为1]1^垂直面通信时滞系数； 令χτ = X (t-τ)有W下T-S模糊规则：则有UUV垂直面T-S模糊时滞模型的状态方程：其中:λι(ξ(υ)为模糊规则间的隶属函数且
【专利摘要】基于T-S模糊时滞模型的欠驱动UUV垂直面控制方法，涉及一种水下运动体的控制方法。本发明是为了实现在通信时滞情况下，控制欠驱动无人水下航行器平稳达到指定深度。运动控制计算机接到深度指令后，将深度指令偏差及UUV的舵角、俯仰角、航速初始状态输入T-S模糊时滞数学模型计算出状态反馈系数；控制器根据传感器系统传输的实时状态信息结合状态反馈系数计算出舵角指令；执行机构通过执行舵角指令来控制UUV下潜深度。若达到指定深度，则完成本次下潜任务，否则运动控制计算机继续解算、发送指令。本发明实现了欠驱动UUV在通信时滞状态下的垂直面的控制。
【IPC分类】G05D1/06, G05D1/04
【公开号】CN105573327
【申请号】CN201610118633
【发明人】张勋, 肖遥, 李昀澄, 张宏瀚, 时延利, 陈涛, 周佳加
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年3月2日