本文件涉及水下機(jī)器人控制，尤其涉及一種水下機(jī)器人軌跡跟蹤方法、裝置、電子設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)今時(shí)代人們對(duì)海洋的探索和資源的需求達(dá)到了前所未有的高度。海洋資源的深入挖掘與利用已成為全球各國(guó)的共同目標(biāo)。自主水下機(jī)器人(autonomous?underwatervehicle，簡(jiǎn)稱auv)因其靈活性和多功能性，在海洋活動(dòng)中扮演著越來(lái)越關(guān)鍵的角色。

2、為了在復(fù)雜多變的海洋環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)，auv需要具備高效的感知與定位能力、精確的規(guī)劃與決策機(jī)制以及穩(wěn)健的控制策略。其中，運(yùn)動(dòng)控制作為執(zhí)行各項(xiàng)決策的基礎(chǔ)，是auv性能的核心所在，軌跡跟蹤是auv控制研究中的一個(gè)核心問(wèn)題，它要求機(jī)器人的控制系統(tǒng)能夠根據(jù)規(guī)劃系統(tǒng)提供的動(dòng)態(tài)軌跡，設(shè)計(jì)合適的控制律，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，確保auv能夠準(zhǔn)確、及時(shí)地跟蹤軌跡。

3、在面對(duì)建模不確定性、未知的海流、波浪等干擾、推進(jìn)器故障時(shí)，auv的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)必須具備出色的抗干擾能力和快速的響應(yīng)速度，同時(shí)還需要提升跟蹤精度、加快誤差收斂，增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性?，F(xiàn)有的有限時(shí)間滑模的收斂依賴初始狀態(tài)，此外滑?？刂圃趯?shí)際應(yīng)用中，容易出現(xiàn)抖振。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種水下機(jī)器人軌跡跟蹤方法、裝置、電子設(shè)備及介質(zhì)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題。

2、本發(fā)明提供一種水下機(jī)器人軌跡跟蹤方法，包括：

3、建立關(guān)于水下機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，其中，所述動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型中包含參數(shù)不確定性和推進(jìn)器輸出不確定性；

4、根據(jù)所述動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型確定觀測(cè)誤差實(shí)現(xiàn)固定時(shí)間收斂的用于補(bǔ)償外部擾動(dòng)的擾動(dòng)觀測(cè)器；

5、根據(jù)所述擾動(dòng)觀測(cè)器確定固定時(shí)間收斂的用于軌跡跟蹤控制的超螺旋滑?？刂坡?；

6、基于所述超螺旋滑?？刂坡蛇M(jìn)行水下機(jī)器人軌跡跟蹤。

7、本發(fā)明提供一種水下機(jī)器人軌跡跟蹤裝置，包括：

8、建立模塊，用于建立關(guān)于水下機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，其中，所述動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型中包含參數(shù)不確定性和推進(jìn)器輸出不確定性；

9、擾動(dòng)觀測(cè)器模塊，用于根據(jù)所述動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型確定觀測(cè)誤差實(shí)現(xiàn)固定時(shí)間收斂的用于補(bǔ)償外部擾動(dòng)的擾動(dòng)觀測(cè)器；

10、超螺旋滑?？刂坡赡K，用于根據(jù)所述擾動(dòng)觀測(cè)器確定固定時(shí)間收斂的用于軌跡跟蹤控制的超螺旋滑?？刂坡?；

11、跟蹤模塊，用于基于所述超螺旋滑?？刂坡蛇M(jìn)行水下機(jī)器人軌跡跟蹤。

12、本發(fā)明實(shí)施例還提供一種電子設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述水下機(jī)器人軌跡跟蹤方法的步驟。

13、本發(fā)明實(shí)施例還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有信息傳遞的實(shí)現(xiàn)程序，所述程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述水下機(jī)器人軌跡跟蹤方法的步驟。

14、采用本發(fā)明實(shí)施例，針對(duì)海流擾動(dòng)、建模不確定性與推進(jìn)器故障等影響因素，提出了一種具有固定時(shí)間收斂特性的擾動(dòng)觀測(cè)器，該觀測(cè)器能觀測(cè)速度和擾動(dòng)。在該觀測(cè)器的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了超螺旋滑?？刂破?。傳統(tǒng)的超螺旋滑?？刂破魇怯邢迺r(shí)間收斂的，收斂能力依賴水下機(jī)器人的初始狀態(tài)，收斂速度、精度和魯棒性不如固定時(shí)間收斂。本發(fā)明的超螺旋滑?？刂坡删哂泄潭〞r(shí)間收斂特性，收斂不依賴初始狀態(tài)，還能進(jìn)一步提高水下機(jī)器人快速響應(yīng)能及對(duì)外界干擾與內(nèi)部參數(shù)變動(dòng)的魯棒性，增強(qiáng)對(duì)推進(jìn)器輸出抖振的抑制作用。該方案可以實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人快速、魯棒的軌跡跟蹤。

技術(shù)特征：

1.一種水下機(jī)器人軌跡跟蹤方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立關(guān)于水下機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型具體包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型確定觀測(cè)誤差實(shí)現(xiàn)固定時(shí)間收斂的用于補(bǔ)償外部擾動(dòng)的擾動(dòng)觀測(cè)器具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1值3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述擾動(dòng)觀測(cè)器確定固定時(shí)間收斂的用于軌跡跟蹤控制的超螺旋滑?？刂坡删唧w包括：

5.一種水下機(jī)器人軌跡跟蹤裝置，其特征在于，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述建立模塊具體用于：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述擾動(dòng)觀測(cè)器模塊具體用于：

8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述超螺旋滑?？刂坡删唧w用于：

9.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的水下機(jī)器人軌跡跟蹤方法的步驟。

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有信息傳遞的實(shí)現(xiàn)程序，所述程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的水下機(jī)器人軌跡跟蹤方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本說(shuō)明書實(shí)施例提供了一種水下機(jī)器人軌跡跟蹤方法、裝置、電子設(shè)備及介質(zhì)，其中，方法包括：建立關(guān)于水下機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，其中，所述動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型中包含參數(shù)不確定性和推進(jìn)器輸出不確定性；根據(jù)所述動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型確定觀測(cè)誤差實(shí)現(xiàn)固定時(shí)間收斂的用于補(bǔ)償外部擾動(dòng)的擾動(dòng)觀測(cè)器；根據(jù)所述擾動(dòng)觀測(cè)器確定固定時(shí)間收斂的用于軌跡跟蹤控制的超螺旋滑模控制律；基于所述超螺旋滑模控制律進(jìn)行水下機(jī)器人軌跡跟蹤。本說(shuō)明書實(shí)施例設(shè)計(jì)控制器與狀態(tài)觀測(cè)器使水下機(jī)器人在存在建模不確定性、海流擾動(dòng)與推進(jìn)器故障的情況下實(shí)現(xiàn)快速魯棒精確的軌跡跟蹤。

技術(shù)研發(fā)人員：段政岐,王奧博,王亭亭,曹冠宇,康國(guó)劍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15