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申请/专利权人：哈尔滨工业大学

摘要：本发明公开了一种预设跟踪精度的潜航器容错输出约束控制系统及方法，所述控制系统包括期望轨迹输入、潜航器的闭环系统，所述潜航器的闭环系统包括反馈控制器、潜航器的模型；期望轨迹输入输入潜航器的期望运动轨迹，潜航器的闭环系统根据潜航器的实际运动轨迹减去潜航器的期望运动轨迹，得到潜航器的位置误差，位置误差经过反馈控制器得到系统输入，系统输入作用于潜航器的模型，得到潜航器的实际运动轨迹。本发明摆脱了对于辨识、逼近、估计、观测以及求导等环节的依赖，进而简化了控制器结构，同时可对潜航器的位置跟踪误差的超调量、收敛时间速度以及稳态值进行预先设定，保证了控制信号连续且无剧增现象。

主权项：1.一种预设跟踪精度的潜航器容错输出约束控制的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤1使用如下形式的非线性输出反馈系统： 其中，x，y，z和ψ分别表示潜航器在惯性系统中的位置和偏航角；η＝[u，v，ω，r]T，u、v、ω、r分别表示潜航器的纵荡、横荡、垂荡和艏摇速度；τu、τr和τω分别表示系统输入；fuη、fvη、fωη和frη表示非线性函数；dut、dvt、dωt和drt表示海风和海浪引起的有界环境扰动；gu、gω和gr表示与潜航器质量相关的未知正常数；步骤2使用如下形式的执行器：τi＝ρitαit+σit，i＝u，r，ω其中，αit是要设计的命令控制信号；ρit和σit分别表示乘法和加法执行器故障；步骤4潜航器容错输出约束控制系统的控制目标为系统输出xt、yt、zt跟踪期望运动轨迹xdt、ydt、zdt，位置误差被描述为：ext＝xt-xdteyt＝yt-*ydtezt＝zt-zdtXY平面上的位置误差被描述为：z1＝||colex，ey||步骤4构造跟踪误差边界及非对称时变约束函数步骤41设计跟踪误差边界：pt＝γ1Φt+γ2 其中，tr0表示设计参数；步骤42设计非对称时变约束函数： k zt＝kat-zdtqt 其中，kat、和qt表示设计函数，qt＝1-q∞e-μt+q∞；步骤5反馈控制器设计步骤51针对ex、ey和ψ设计辅助变量z2和ξ： 步骤52设计调节函数并利用调节函数分别对误差变量ez和系统状态z3进行调节： 其中，ts0表示设计参数；步骤53对辅助变量和调节后的误差进行转换，转换方式如下： 其中，ki表示控制器参数，且满足条件ki＞0；z4t和z5t为速度跟踪误差，z6t为调节后的速度跟踪误差；步骤54基于反步法设计过程，设计如下控制器：udt＝-c1sξβ1rdt＝-c2sξβ2wdt＝-c3β3αit＝-cmβji＝u，ω，r，j＝4，5，6其中，cm，m＝1，2，...，6表示控制器参数，且满足cm0；sξ＝sgnξ；udt、rdt和wdt表示虚拟控制率；步骤6潜航器容错输出约束控制步骤61上位机输入期望运动轨迹xdt、ydt、zdt给潜航器驱动器；步骤62当潜航器上的位置传感器检测到潜航器的位置变化后，反馈位置信息给反馈控制器，反馈控制器接受到信号之后进行闭环运算并将运算结果给到驱动器，驱动器输出电流控制各个电机的出力和方向，以跟踪期望运动轨迹。

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