CN115454105A - 基于adrc的auv级联反馈控制方法、系统、设备和介质 - Google Patents

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CN115454105A
CN115454105A CN202210936833.3A CN202210936833A CN115454105A CN 115454105 A CN115454105 A CN 115454105A CN 202210936833 A CN202210936833 A CN 202210936833A CN 115454105 A CN115454105 A CN 115454105A
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李晓植
可伟
王哲
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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • G05D1/04—Control of altitude or depth
    • G05D1/06—Rate of change of altitude or depth
    • G05D1/0692—Rate of change of altitude or depth specially adapted for under-water vehicles

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Abstract

本发明涉及自动控制领域，特别涉及基于ADRC的AUV级联反馈控制方法、系统、设备和介质，所述方法包括如下步骤：建立具有俯仰角速度环、俯仰角环和深度环的级联反馈控制器；在所述俯仰角速度环中结合ADRC(自抗扰模块)，以利用ADRC中线性状态观测器提取AUV航行过程中的受到的扰动和参数摄动；对所述扰动和参数摄动进行估计和补偿，以将级联反馈控制器转化为标准形式。本发明将AUV传统级联反馈运动控制方法与ADRC结合，利用ADRC中线性状态观测器提取AUV航行过程中受到的扰动和参数摄动，作为“总扰动”估计出来，并适时进行补偿，将级联反馈控制器转化为标准形式，达到去扰和提高鲁棒性的目的。

Description

基于ADRC的AUV级联反馈控制方法、系统、设备和介质
技术领域
本发明涉及自动控制领域，特别涉及基于ADRC的AUV级联反馈控制方法、系统、设备和介质。
背景技术
AUV具有非线性度高、参数摄动大、外部环境干扰强等特点。在工程上，AUV的航行运动深度控制一般采用级联反馈形式的控制器(如附图1所示)。这一类型控制器具有设计简单、计算量小、环境适应性强等优点，但外界干扰比较强时，控制性能会下降。ADRC(自抗扰控制)对于解决控制对象无模型或仅有部分模型、物理参数大范围摄动、外部扰动有一定适用性。
发明内容
本发明提出一种基于ADRC的AUV级联反馈控制方法、系统、设备和介质，将ADRC与级联反馈控制结合，提高传统级联反馈控制的抗扰性和鲁棒性。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
作为本发明实施例的一个方面，提供一种基于ADRC的AUV级联反馈控制方法，包括如下步骤：
建立具有俯仰角速度环、俯仰角环和深度环的级联反馈控制器；
在所述俯仰角速度环中结合ADRC，以利用ADRC中线性状态观测器提取AUV航行过程中的受到的扰动和参数摄动；
对所述扰动和参数摄动进行估计和补偿，以将级联反馈控制器转化为标准形式。
可选地，所述级联反馈控制器具体可表示为：
Figure BDA0003783782740000021
其中，δref0为级联反馈控制器计算得到的舵机输入，yg为设定深度，
Figure BDA0003783782740000022
为深度环控制器，
Figure BDA0003783782740000023
为俯仰角速度环控制参数，Cθ为俯仰角环控制参数，θ为俯仰角，yc为实际深度，ωz为俯仰角速度。
可选地，所述线性状态观测器差分方程输出z3表示为：
Figure BDA0003783782740000024
其中，f0为已知AUV数学模型，ω0和b是待整定的参数，ω0为LESO的带宽。
可选地，得到舵机的输入信息表示为：
Figure BDA0003783782740000025
其中，δref0为级联反馈控制器计算得到的舵机输入，z3为线性状态观测器差分方程输出，b为待整定的参数。
可选地，ADRC与级联反馈控制结合后控制器表示为：
Figure BDA0003783782740000026
作为本发明实施例的另一个方面，提供基于ADRC的AUV级联反馈控制系统，包括：
级联反馈控制器建立模块，建立具有俯仰角速度环、俯仰角环和深度环的级联反馈控制器；
ADRC结合模块，用于在所述俯仰角速度环中结合ADRC，以利用ADRC中线性状态观测器提取AUV航行过程中的受到的扰动和参数摄动；
扰动补偿模块，对所述扰动和参数摄动进行估计和补偿，以将级联反馈控制器转化为标准形式。
可选地，所述线性状态观测器差分方程输出z3表示为：
Figure BDA0003783782740000031
其中，f0为已知AUV数学模型，ω0和b是待整定的参数，其中ω0表现为LESO的带宽。
可选地，ADRC与级联反馈控制结合后控制器表示为：
Figure BDA0003783782740000032
其中，舵机的输入信息表示为：
Figure BDA0003783782740000033
δref0为级联反馈控制器计算得到的舵机输入，yg为设定深度，GCy(s)为深度环控制器，Cωz为俯仰角速度环控制参数，Cθ为俯仰角环控制参数，θ为俯仰角，yc为实际深度，ωz为俯仰角速度。
作为本发明实施例的另一个方面，提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于ADRC的AUV级联反馈控制方法。
作为本发明实施例的另一个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述的基于ADRC的AUV级联反馈控制方法的步骤。
本发明的有益效果如下：(1)将AUV传统级联反馈运动控制方法与ADRC(自抗扰模块)结合，利用ADRC中线性状态观测器提取AUV航行过程中受到的扰动和参数摄动，作为“总扰动”估计出来，控制性能较强；(2)ADRC对于解决控制对象无模型或仅有部分模型、物理参数大范围摄动、外部扰动有一定适用性；(3)对扰动适时进行补偿，将级联反馈控制器转化为标准形式，能够达到去扰和提高鲁棒性的目的。
附图说明
图1为现有技术中的级联反馈深度控制器示意图；
图2为基于ADRC的级联反馈深度控制器。
图3为本公开实施例中的基于ADRC的AUV级联反馈控制系统框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
作为本发明实施例的一个方面，提供一种基于ADRC的AUV级联反馈控制方法，包括如下步骤：
建立具有俯仰角速度环、俯仰角环和深度环的级联反馈控制器；
在所述俯仰角速度环中结合ADRC，以利用ADRC中线性状态观测器提取AUV航行过程中的受到的扰动和参数摄动；
对所述扰动和参数摄动进行估计和补偿，以将级联反馈控制器转化为标准形式。
本实施例中，如图2所示，所述级联反馈控制器具体可表示为：
Figure BDA0003783782740000041
其中，δref0为级联反馈控制器计算得到的舵机输入，yg为设定深度，
Figure BDA0003783782740000042
为深度环控制器，
Figure BDA0003783782740000043
为俯仰角速度环控制参数，Cθ为俯仰角环控制参数，θ为俯仰角，yc为实际深度，ωz为俯仰角速度。
本实施例中，所述线性状态观测器差分方程输出z3表示为：
Figure BDA0003783782740000051
本实施例中，f0为已知AUV数学模型，ω0和b是待整定的参数，ω0为LESO的带宽。
本实施例中，得到舵机的输入信息表示为：
Figure BDA0003783782740000052
其中，δref0为级联反馈控制器计算得到的舵机输入，z3为线性状态观测器差分方程输出，b为待整定的参数。
本实施例中，ADRC与级联反馈控制结合后控制器表示为：
Figure BDA0003783782740000053
作为本发明实施例的另一个方面，如图3所示，提供基于ADRC的AUV级联反馈控制系统100，包括：
级联反馈控制器建立模块1，建立具有俯仰角速度环、俯仰角环和深度环的级联反馈控制器；
ADRC结合模块2，用于在所述俯仰角速度环中结合ADRC，以利用ADRC中线性状态观测器提取AUV航行过程中的受到的扰动和参数摄动；
扰动补偿模块3，对所述扰动和参数摄动进行估计和补偿，以将级联反馈控制器转化为标准形式。
本实施例中，所述线性状态观测器差分方程输出z3表示为：
Figure BDA0003783782740000061
其中，f0为已知AUV数学模型，ω0和b是待整定的参数，其中ω0表现为LESO的带宽。
本实施例中，ADRC与级联反馈控制结合后控制器表示为：
Figure BDA0003783782740000062
其中，舵机的输入信息表示为：
Figure BDA0003783782740000063
δref0为级联反馈控制器计算得到的舵机输入，yg为设定深度，
Figure BDA0003783782740000064
为深度环控制器，
Figure BDA0003783782740000065
为俯仰角速度环控制参数，Cθ为俯仰角环控制参数，θ为俯仰角，yc为实际深度，ωz为俯仰角速度。
作为本发明实施例的另一个方面，提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于ADRC的AUV级联反馈控制方法。
作为本发明实施例的另一个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述的基于ADRC的AUV级联反馈控制方法的步骤。
本发明将AUV传统级联反馈运动控制方法与ADRC结合，利用ADRC中线性状态观测器提取AUV航行过程中受到的扰动和参数摄动，作为“总扰动”估计出来，并适时进行补偿，将级联反馈控制器转化为标准形式，达到去扰和提高鲁棒性的目的。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.基于ADRC的AUV级联反馈控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
建立具有俯仰角速度环、俯仰角环和深度环的级联反馈控制器；
在所述俯仰角速度环中结合ADRC，以利用ADRC中线性状态观测器提取AUV航行过程中的受到的扰动和参数摄动；
对所述扰动和参数摄动进行估计和补偿，以将级联反馈控制器转化为标准形式。
2.如权利要求1所述的基于ADRC的AUV级联反馈控制方法，其特征在于，所述级联反馈控制器具体可表示为：
Figure FDA0003783782730000011
其中，δref0为级联反馈控制器计算得到的舵机输入，yg为设定深度，
Figure FDA0003783782730000012
为深度环控制器，
Figure FDA0003783782730000013
为俯仰角速度环控制参数，Cθ为俯仰角环控制参数，θ为俯仰角，yc为实际深度，ωz为俯仰角速度。
3.如权利要求2所述的基于ADRC的AUV级联反馈控制方法，其特征在于，所述线性状态观测器差分方程输出z3表示为：
Figure FDA0003783782730000014
其中，f0为已知AUV数学模型，ω0和b是待整定的参数，ω0为LESO的带宽。
4.如权利要求3所述的基于ADRC的AUV级联反馈控制方法，其特征在于，得到舵机的输入信息表示为：
Figure FDA0003783782730000021
其中，δref0为级联反馈控制器计算得到的舵机输入，z3为线性状态观测器差分方程输出，b为待整定的参数。
5.如权利要求4所述的基于ADRC的AUV级联反馈控制方法，其特征在于，ADRC与级联反馈控制结合后控制器表示为：
Figure FDA0003783782730000022
6.基于ADRC的AUV级联反馈控制系统，其特征在于，包括：
级联反馈控制器建立模块，建立具有俯仰角速度环、俯仰角环和深度环的级联反馈控制器；
ADRC结合模块，用于在所述俯仰角速度环中结合ADRC，以利用ADRC中线性状态观测器提取AUV航行过程中的受到的扰动和参数摄动；
扰动补偿模块，对所述扰动和参数摄动进行估计和补偿，以将级联反馈控制器转化为标准形式。
7.如权利要求6所述的基于ADRC的AUV级联反馈控制系统，其特征在于，所述线性状态观测器差分方程输出z3表示为：
Figure FDA0003783782730000023
其中，f0为已知AUV数学模型，ω0和b是待整定的参数，其中ω0表现为LESO的带宽。
8.如权利要求7所述的基于ADRC的AUV级联反馈控制系统，其特征在于，ADRC与级联反馈控制结合后控制器表示为：
Figure FDA0003783782730000024
其中，舵机的输入信息表示为：
Figure FDA0003783782730000031
δref0为级联反馈控制器计算得到的舵机输入，yg为设定深度，
Figure FDA0003783782730000032
为深度环控制器，
Figure FDA0003783782730000033
为俯仰角速度环控制参数，Cθ为俯仰角环控制参数，θ为俯仰角，yc为实际深度，ωz为俯仰角速度。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5任一项所述的基于ADRC的AUV级联反馈控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现权利要求1至5任一项所述的基于ADRC的AUV级联反馈控制方法的步骤。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108873704A (zh) * 2018-07-19 2018-11-23 北京空间技术研制试验中心 基于预测跟踪微分器的线性自抗扰控制器的设计方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108873704A (zh) * 2018-07-19 2018-11-23 北京空间技术研制试验中心 基于预测跟踪微分器的线性自抗扰控制器的设计方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
黄健 等: "基于线性ADRC的欠驱动UUV深度控制器设计", 《控制工程》, no. 5, 31 December 2019 (2019-12-31), pages 927 - 930 *

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