一種針對auv布放任務(wù)負(fù)載后模型變化的多模型切換控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種針對AUV布放任務(wù)負(fù)載后模型變化的多模型切換控制方法。包括以下步驟：采集環(huán)境數(shù)據(jù)信息和AUV狀態(tài)信息；根據(jù)當(dāng)前執(zhí)行任務(wù)的狀況，判斷AUV模型是否發(fā)生變化，如果發(fā)生變化，判斷控制模式選擇數(shù)據(jù)庫中是否有匹配的開關(guān)切換方案；控制效果辨識單元根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)信息和AUV狀態(tài)信息得到開關(guān)切換指令；智能切換開關(guān)單元進(jìn)行控制器單元中相應(yīng)控制器的切換，在控制器切換過程中，采用自適應(yīng)魯棒控制對AUV進(jìn)行運(yùn)動控制；在控制器切換過程后，控制器單元中相應(yīng)控制器對AUV進(jìn)行運(yùn)動控制，利用自適應(yīng)魯棒控制調(diào)節(jié)當(dāng)前控制器的參數(shù)。本發(fā)明能夠根據(jù)布放任務(wù)負(fù)載后，能夠快速并且穩(wěn)定的進(jìn)行控制。
【專利說明】一種針對AUV布放任務(wù)負(fù)載后模型變化的多模型切換控制 方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種AUV控制方法，尤其涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定控制的，針對AUV布放 任務(wù)負(fù)載后模型變化的多模型切換控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 水下無人航行器（AutonomousUnderwaterVehicle簡稱AUV)作為人類在海洋活 動，特別是深?；顒又械闹匾娲吆蛨?zhí)行者，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于科學(xué)考察、深海作業(yè)、打 撈救生等領(lǐng)域，其應(yīng)用前景非常廣泛。根據(jù)海洋資源開發(fā)的需要，海洋利用不斷向深海、遠(yuǎn) 海擴(kuò)展;AUV則是不斷向著多任務(wù)、自主化發(fā)展。面向多任務(wù)的AUV在進(jìn)行遠(yuǎn)距離、多任務(wù)、 長航時(shí)的情況時(shí)，海洋溫度、海水密度，任務(wù)需求等情況都會使AUV的動力學(xué)系統(tǒng)模型發(fā)生 變化，會導(dǎo)致AUV的浮力發(fā)生變化造成浮重力不均衡現(xiàn)象；有時(shí)AUV的某些作業(yè)任務(wù)需要布 放特種功能的負(fù)載，負(fù)載的布放會對AUV的浮重力及動力學(xué)系統(tǒng)模型產(chǎn)生較大影響，所以 為了實(shí)現(xiàn)多任務(wù)長航時(shí)自主化的功能，AUV在水下無人參與的情況下，自主調(diào)整應(yīng)對浮力均 衡變化等一系列動力學(xué)系統(tǒng)模型突變的情況是提高AUV的環(huán)境適應(yīng)能力，擴(kuò)展AUV的航行 作業(yè)空間，提高AUV的作業(yè)能力的重要手段。AUV的均衡如果不能得到保證將會對AUV本身 的運(yùn)動特性產(chǎn)生極大的影響，同時(shí)影響AUV的運(yùn)動控制精度和穩(wěn)定性，甚至?xí)?dǎo)致AUV的運(yùn) 動控制失穩(wěn)，最后造成無法彌補(bǔ)的損失。
[0003] 通過對國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索，目前，多模型切換控制主要應(yīng)用在理論推導(dǎo)和證 明階段，實(shí)際應(yīng)用中航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用較多。在水下無人航行器【技術(shù)領(lǐng)域】類似的技術(shù)研 究還處于初級探索階段。例如，東南大學(xué)翟軍勇等在2009年發(fā)表的"基于動態(tài)模型庫的多 模型切換控制"，哈爾濱工程大學(xué)任洪亮發(fā)表的碩士論文"多模型控制理論在AUV運(yùn)動中的 應(yīng)用研究"。中科院沈陽自動化研究所周錫銀等人在2012年發(fā)表的"基于權(quán)值范圍設(shè)置的 多模型穩(wěn)定切換控制研究"，上述文獻(xiàn)有的沒有實(shí)現(xiàn)在切換環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)智能算法的平穩(wěn)過渡， 或者有的是簡單的使用PID控制，沒有構(gòu)建對應(yīng)模型的控制方法集合，或者有的是多模型 的切換原則不同。都沒有涉及AUV布放任務(wù)負(fù)載后模型變化時(shí)進(jìn)行的穩(wěn)定控制。
[0004] 通過對中國專利數(shù)據(jù)庫、美國專利數(shù)據(jù)庫及歐洲專利數(shù)據(jù)庫的檢索，未查到與本 發(fā)明類似的專利。經(jīng)過對國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索，尚未發(fā)現(xiàn)類似用于AUV的多模型切 換控制方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的還包括能夠?qū)崿F(xiàn)快速穩(wěn)定控制的一種針對AUV布放任務(wù)負(fù)載后模 型變化的多模型切換控制方法。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種針對AUV布放任務(wù)負(fù)載后模型變化的多模型切換控制方法，包括以下幾個(gè)步 驟：
[0008] 步驟一：環(huán)境感知單元采集環(huán)境數(shù)據(jù)信息，狀態(tài)感知單元采集AUV狀態(tài)信息；
[0009] 步驟二：根據(jù)AUV狀態(tài)信息和當(dāng)前執(zhí)行任務(wù)的狀況，判斷AUV模型是否發(fā)生變化， 如果發(fā)生變化，根據(jù)當(dāng)前AUV模型判斷控制模式選擇數(shù)據(jù)庫中是否有匹配的開關(guān)切換方 案，如果有匹配的開關(guān)切換方案，則執(zhí)行步驟四，如果沒有匹配的開關(guān)切換方案則執(zhí)行步驟 - · --，
[0010] 步驟三：控制效果辨識單元根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)信息和AUV狀態(tài)信息得到控制器單元中 每個(gè)控制器的切換指標(biāo)，根據(jù)切換指標(biāo)得到開關(guān)切換指令；
[0011] 步驟四：智能切換開關(guān)單元根據(jù)接收的開關(guān)切換指令或者開關(guān)切換方案進(jìn)行控制 器單元中相應(yīng)控制器的切換，
[0012] 在控制器切換過程中，控制效果辨識單元采用自適應(yīng)魯棒控制對AUV進(jìn)行運(yùn)動控 制；
[0013] 在控制器切換過程后，選擇出的控制器單元中相應(yīng)控制器對AUV進(jìn)行運(yùn)動控制， 當(dāng)前AUV的狀態(tài)信息反饋給控制效果辨識單元，得到當(dāng)前的AUV狀態(tài)參數(shù)的誤差信息，利用 自適應(yīng)魯棒控制調(diào)節(jié)當(dāng)前控制器的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)AUV的穩(wěn)定控制。
[0014] 本發(fā)明一種針對AUV布放任務(wù)負(fù)載后模型變化的多模型切換控制方法還包括：
[0015]1、開關(guān)切換方案是針對AUV多模型單元中的每一種AUV模型選擇控制器單元中的 相應(yīng)的控制器而制定的開關(guān)切換方案，AUV多模型單元包括AUV常態(tài)模型單元、AUV變化模 型單元和AUV應(yīng)急模型單元，控制器單元包括常態(tài)控制器、任務(wù)控制器和應(yīng)急控制器。
[0016] 2、控制效果辨識單元中根據(jù)切換指標(biāo)得到開關(guān)切換指令的方法為：
[0017] 在當(dāng)前AUV模型下將控制器單元中的每種控制器的反饋誤差加權(quán)處理，得到每種 控制器的切換指標(biāo)量：

【權(quán)利要求】
1. 一種針對AUV布放任務(wù)負(fù)載后模型變化的多模型切換控制方法，其特征在于，包括 以下幾個(gè)步驟： 步驟一：環(huán)境感知單元采集環(huán)境數(shù)據(jù)信息，狀態(tài)感知單元采集AUV狀態(tài)信息； 步驟二：根據(jù)AUV狀態(tài)信息和當(dāng)前執(zhí)行任務(wù)的狀況，判斷AUV模型是否發(fā)生變化，如果 發(fā)生變化，根據(jù)當(dāng)前AUV模型判斷控制模式選擇數(shù)據(jù)庫中是否有匹配的開關(guān)切換方案，如 果有匹配的開關(guān)切換方案，則執(zhí)行步驟四，如果沒有匹配的開關(guān)切換方案則執(zhí)行步驟三； 步驟三：控制效果辨識單元根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)信息和AUV狀態(tài)信息得到控制器單元中每個(gè) 控制器的切換指標(biāo)，根據(jù)切換指標(biāo)得到開關(guān)切換指令； 步驟四：智能切換開關(guān)單元根據(jù)接收的開關(guān)切換指令或者開關(guān)切換方案進(jìn)行控制器單 元中相應(yīng)控制器的切換， 在控制器切換過程中，控制效果辨識單元采用自適應(yīng)魯棒控制對AUV進(jìn)行運(yùn)動控制； 在控制器切換過程后，選擇出的控制器單元中相應(yīng)控制器對AUV進(jìn)行運(yùn)動控制，當(dāng)前AUV的狀態(tài)信息反饋給控制效果辨識單元，得到當(dāng)前的AUV狀態(tài)參數(shù)的誤差信息，利用自適 應(yīng)魯棒控制調(diào)節(jié)當(dāng)前控制器的參數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對AUV布放任務(wù)負(fù)載后模型變化的多模型切換控制方 法，其特征在于：所述的開關(guān)切換方案是針對AUV多模型單元中的每一種AUV模型選擇控制 器單元中的相應(yīng)的控制器而制定的開關(guān)切換方案，AUV多模型單元包括AUV常態(tài)模型單元、 AUV變化模型單元和AUV應(yīng)急模型單元，控制器單元包括常態(tài)控制器、任務(wù)控制器和應(yīng)急控 制器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種針對AUV布放任務(wù)負(fù)載后模型變化的多模型切換控 制方法，其特征在于：所述的控制效果辨識單元中根據(jù)切換指標(biāo)得到開關(guān)切換指令的方法 為： 在當(dāng)前AUV模型下將控制器單元中的每種控制器的反饋誤差加權(quán)處理，得到每種控制 器的切換指標(biāo)：
式中，j=l，2，...，c+3， " ，、.N是一個(gè)正整數(shù)，《少)=J' 1 ，h>0是 一個(gè)常數(shù)， 選擇出切換指標(biāo)最小時(shí)對應(yīng)的控制器，從而得到切換指令。
【文檔編號】G05B13/04GK104317197SQ201410546110
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】張宏瀚, 劉一博, 嚴(yán)浙平, 周佳加, 郝冰 申請人:哈爾濱工程大學(xué)