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龙图腾网恭喜浙江大学申请的专利基于自适应策略的四旋翼水下机器人抗水流扰动控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115562317B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-03-21发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211410401.5，技术领域涉及：G05D1/485；该发明授权基于自适应策略的四旋翼水下机器人抗水流扰动控制方法是由冀大雄;王睿设计研发完成，并于2022-11-08向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于自适应策略的四旋翼水下机器人抗水流扰动控制方法在说明书摘要公布了：本发明涉及水下机器人与机器人控制领域，旨在提供一种基于自适应策略的四旋翼水下机器人抗水流扰动控制方法。包括：以仿真或实验方法建立四旋翼水下机器人的六自由度动力学与运动学模型；简化处理得到水下机器人的前进运动方程；基于四旋翼水下机器人的姿态角与前进速度的状态耦合关系，获取水动力系数、姿态角、前进速度与水流速度之间的映射关系；水下机器人在水中行进时分别采用快速适应模式和定期校准模式的控制策略。本发明实施方便，成本较低，不需要依靠其他传感器设备；能够实现在线自适应调整，同时有两种模式能有效应对不同工况。本发明通过水下机器人不断上浮校准参数，能有效逼近实际水流速度，在校准后可获得较好的控制效果。

本发明授权基于自适应策略的四旋翼水下机器人抗水流扰动控制方法在权利要求书中公布了：1.一种基于自适应策略的四旋翼水下机器人抗水流扰动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1以仿真或实验方法建立四旋翼水下机器人的六自由度动力学与运动学模型；其中，动力学与运动学模型的具体实现方式如下：1.1在水下机器人的运动中引入机体坐标系与大地坐标系；其中，机体坐标系与水下机器人本体绑定，原点为其浮心，随着水下机器人运动而运动；大地坐标系则与惯性系固连，位置方向均不发生变化；在机体坐标系中表示水下机器人的受力与运动情况，x、y、z轴上的线速度依次定义为u、v、w，角速度依次定义为p、q、r，则速度矩阵定义为V＝[u，v，w，p，q，r]T，上标T代表矩阵的转置，下同；在地坐标系中表示其位置与姿态角，x、y、z轴上的位移依次定义为x、y、z，姿态角依次定义为θ、ψ，则位姿矩阵定义为1.2在六自由度动力学与运动学模型中，动力学方程表示为： 其中，MT为总质量矩阵，为V的微分，即点标代表微分，下同；CV为总科里奥利力矩阵；DL为线性阻力系数矩阵，DNL为非线性阻力系数矩阵；Vc为水流速度矩阵，Gη为恢复力矩阵，F为输入力矩阵；总质量矩阵MT由刚体质量矩阵MRB与附加质量矩阵MA构成，通过下式计算得到：MT＝MRB+MA 其中，m为质量；假设重心的x轴与y轴坐标均为0，zg为重心的z轴坐标，IxIyIz依次为xyz坐标轴上的转动惯量，依次为xyz轴平移自由度上的附加质量系数，依次为xyz轴旋转自由度上的附加质量系数，又称附加转动惯量系数；类似地，总科里奥利力矩阵CV由CRB与CA组成，通过下式计算得到：CV＝CRB+CA 线性阻力系数矩阵DL和非线性阻力系数矩阵DNL，分别通过下式计算得到：DL＝diag[Xu，Yv，Zw，Kp,Mq，Nr] 其中，XuYvZw依次为xyz轴平移自由度上的线性阻力系数，Kp，Mq，Nr依次为xyz轴旋转自由度上的线性阻力系数；依次为xyz轴平移自由度上的非线性阻力系数，依次为xyz轴旋转自由度上的非线性阻力系数；水流速度矩阵Vc，通过下式计算得到：Vc＝[uc，vc,wc，0，0，0]T其中，ucvcwc依次为xyz轴上扰动水流的流速；恢复力矩阵Gη，通过下式计算得到： 其中，G为重力、B为浮力，s＝sin，c＝cos；输入力矩阵F，通过下式计算得到： 其中，Fz表示旋翼在垂直方向上的力，表示旋翼产生的横摇力矩，Mθ表示旋翼产生的纵倾力矩，Mψ表示旋翼产生的俯仰力矩；1.3在六自由度动力学与运动学模型中，运动学方程表示为： 其中， 矢量η1、η2、η和V1、V2、V的定义如下： 其中，t＝tan；R1表示位置转换矩阵，R2表示姿态转换矩阵；03*3表示3*3零矩阵；2设定运动状态参数，对六自由度模型做简化处理，得到水下机器人的前进运动方程；其中，所述简化处理包括：2.1假设机器人在水下前进时沿锯齿形路径匀速巡航，即同一时刻下仅有x轴或y轴单一方向上的前进自由度；给予运动约束，沿x轴前进时，有v＝0，p＝q＝r＝0，u0，w0，沿y轴前进时，有u＝0，p＝q＝r＝0，v0，w0，θ＝ψ＝0；2.2将六自由度模型展开，保留非零项；沿x轴前进时，动力学方程通过下述公式表示： 其中，式U、式Q、式W分别代表u、q、w三个自由度上的运动情况，式X、式Z、式Θ分别代表x、y、θ三个自由度上的运动情况；沿y轴前进时，动力学方程通过下述公式表示： 其中，式V、式P、式W分别代表v、p、w三个自由度上的运动情况，式Y、式Z、式Φ分别代表x、y、三个自由度上的运动情况；3基于四旋翼水下机器人的姿态角与前进速度的状态耦合关系，获取水动力系数、姿态角、前进速度与水流速度之间的映射关系；其中，所述水动力系数、姿态角、前进速度与水流速度之间的映射关系包括：当水下机器人沿x轴前进时，经步骤2的简化处理得到： 当uc＝0时，即不存在水流扰动时： 当uc≠0时，则有： 若令则有其中，为水下机器人自身动力所产生的速度，为水流推动机器人产生的速度；当水下机器人沿y轴前进时，经步骤2的简化处理得到： 当vc＝0时，即不存在水流扰动时： 当uc≠0时，则有： 若令则有其中，为水下机器人自身动力所产生的速度，为水流推动机器人产生的速度；根据上述公式，当水下机器人处于水下GPS定位失效时，能够通过姿态传感器得到θ与的值，从而计算出和当机器人浮上水面后，利用GPS定位得到的位置信息计算出实际位移与进而计算水流的速度为： 以上各式中，s＝sin，c＝cos，t＝tan；4水下机器人在水中行进时，其控制策略包括快速适应模式和定期校准模式：快速适应模式具体包括：首先设定该模式下机器人每次上浮的时间间隔，其数值应当在满足巡航要求的情况下尽可能小，以便使机器人在多次上浮后，能在较短时间内逼近实际的水流扰动值；水下机器人每次上浮时，判断根据姿态推导出估计位移值与实际位移值之间是否有较大差距，若有，则说明水域内存在水流干扰；在下一次下潜之前，修正控制量，改变水下机器人的线速度以补偿水流速度的影响；定期校准模式具体包括：首先设定该模式下机器人每次上浮的时间间隔，其数值相对于快速适应模式下更长；水下机器人每次上浮时，判断根据姿态推导出估计位移值与实际位移值之间是否有差距；如有则设置额外控制量抵消偏移量以补偿扰动的影响，如差距较大则说明水域内的水流情况已发生较大改变；此时自转换为快速适应模式，增加上浮次数，以重新适应新的水流干扰；在定期校准模式下，水下机器人处于路径跟踪状态并按设定的间隔时间上浮；通过GPS定位方式比较实际位置点与估计值之间的差别，计算水流速度和克服水流扰动所需的偏移补偿量；与定期校准模式相比，快速适应模式下的水下机器人处于自由移动状态，按相对更短的设定间隔时间上浮，并计算偏移补偿量。

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