一種針對auv布放任務負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布放任務負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)當前執(zhí)行任務的狀況，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)信息得到開關切換指令；智能切換開關單元進行控制器單元中相應控制器的切換，在控制器切換過程中，采用自適應魯棒控制對AUV進行運動控制；在控制器切換過程后，控制器單元中相應控制器對AUV進行運動控制，利用自適應魯棒控制調(diào)節(jié)當前控制器的參數(shù)。本發(fā)明能夠根據(jù)布放任務負載后，能夠快速并且穩(wěn)定的進行控制。
【專利說明】一種針對AUV布放任務負載后模型變化的多模型切換控制 方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種AUV控制方法，尤其涉及一種能夠實現(xiàn)穩(wěn)定控制的，針對AUV布放 任務負載后模型變化的多模型切換控制方法。

【背景技術】
[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)被廣泛應用于科學考察、深海作業(yè)、打 撈救生等領域，其應用前景非常廣泛。根據(jù)海洋資源開發(fā)的需要，海洋利用不斷向深海、遠 海擴展;AUV則是不斷向著多任務、自主化發(fā)展。面向多任務的AUV在進行遠距離、多任務、 長航時的情況時，海洋溫度、海水密度，任務需求等情況都會使AUV的動力學系統(tǒng)模型發(fā)生 變化，會導致AUV的浮力發(fā)生變化造成浮重力不均衡現(xiàn)象；有時AUV的某些作業(yè)任務需要布 放特種功能的負載，負載的布放會對AUV的浮重力及動力學系統(tǒng)模型產(chǎn)生較大影響，所以 為了實現(xiàn)多任務長航時自主化的功能，AUV在水下無人參與的情況下，自主調(diào)整應對浮力均 衡變化等一系列動力學系統(tǒng)模型突變的情況是提高AUV的環(huán)境適應能力，擴展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 的運動特性產(chǎn)生極大的影響，同時影響AUV的運動控制精度和穩(wěn)定性，甚至會導致AUV的運 動控制失穩(wěn)，最后造成無法彌補的損失。
[0003] 通過對國內(nèi)現(xiàn)有技術文獻檢索，目前，多模型切換控制主要應用在理論推導和證 明階段，實際應用中航空航天領域的應用較多。在水下無人航行器【技術領域】類似的技術研 究還處于初級探索階段。例如，東南大學翟軍勇等在2009年發(fā)表的"基于動態(tài)模型庫的多 模型切換控制"，哈爾濱工程大學任洪亮發(fā)表的碩士論文"多模型控制理論在AUV運動中的 應用研究"。中科院沈陽自動化研究所周錫銀等人在2012年發(fā)表的"基于權值范圍設置的 多模型穩(wěn)定切換控制研究"，上述文獻有的沒有實現(xiàn)在切換環(huán)節(jié)實現(xiàn)智能算法的平穩(wěn)過渡， 或者有的是簡單的使用PID控制，沒有構建對應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布放任務負載后模型變化時進行的穩(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)有技術的文獻檢索，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實現(xiàn)快速穩(wěn)定控制的一種針對AUV布放任務負載后模 型變化的多模型切換控制方法。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
[0007] -種針對AUV布放任務負載后模型變化的多模型切換控制方法，包括以下幾個步 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)信息和當前執(zhí)行任務的狀況，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切換方 案，如果有匹配的開關切換方案，則執(zhí)行步驟四，如果沒有匹配的開關切換方案則執(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 每個控制器的切換指標，根據(jù)切換指標得到開關切換指令；
[0011] 步驟四：智能切換開關單元根據(jù)接收的開關切換指令或者開關切換方案進行控制 器單元中相應控制器的切換，
[0012] 在控制器切換過程中，控制效果辨識單元采用自適應魯棒控制對AUV進行運動控 制；
[0013] 在控制器切換過程后，選擇出的控制器單元中相應控制器對AUV進行運動控制， 當前AUV的狀態(tài)信息反饋給控制效果辨識單元，得到當前的AUV狀態(tài)參數(shù)的誤差信息，利用 自適應魯棒控制調(diào)節(jié)當前控制器的參數(shù)，實現(xiàn)AUV的穩(wěn)定控制。
[0014] 本發(fā)明一種針對AUV布放任務負載后模型變化的多模型切換控制方法還包括：
[0015]1、開關切換方案是針對AUV多模型單元中的每一種AUV模型選擇控制器單元中的 相應的控制器而制定的開關切換方案，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應急模型單元，控制器單元包括常態(tài)控制器、任務控制器和應急控制器。
[0016] 2、控制效果辨識單元中根據(jù)切換指標得到開關切換指令的方法為：
[0017] 在當前AUV模型下將控制器單元中的每種控制器的反饋誤差加權處理，得到每種 控制器的切換指標量：

【權利要求】
1. 一種針對AUV布放任務負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)信息和當前執(zhí)行任務的狀況，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切換方案，如 果有匹配的開關切換方案，則執(zhí)行步驟四，如果沒有匹配的開關切換方案則執(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 控制器的切換指標，根據(jù)切換指標得到開關切換指令； 步驟四：智能切換開關單元根據(jù)接收的開關切換指令或者開關切換方案進行控制器單 元中相應控制器的切換， 在控制器切換過程中，控制效果辨識單元采用自適應魯棒控制對AUV進行運動控制； 在控制器切換過程后，選擇出的控制器單元中相應控制器對AUV進行運動控制，當前AUV的狀態(tài)信息反饋給控制效果辨識單元，得到當前的AUV狀態(tài)參數(shù)的誤差信息，利用自適 應魯棒控制調(diào)節(jié)當前控制器的參數(shù)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種針對AUV布放任務負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 器單元中的相應的控制器而制定的開關切換方案，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應急模型單元，控制器單元包括常態(tài)控制器、任務控制器和應急控 制器。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種針對AUV布放任務負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)切換指標得到開關切換指令的方法 為： 在當前AUV模型下將控制器單元中的每種控制器的反饋誤差加權處理，得到每種控制 器的切換指標：
式中，j=l，2，...，c+3， " ，、.N是一個正整數(shù)，《少)=J' 1 ，h>0是 一個常數(shù)， 選擇出切換指標最小時對應的控制器，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)先權日:2014年10月16日
【發(fā)明者】張宏瀚, 劉一博, 嚴浙平, 周佳加, 郝冰 申請人:哈爾濱工程大學