【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海底敷缆机器人，尤其涉及一种喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流轨迹跟踪控制方法及系统。
技术介绍
1、近年来，履带机器人在作物运输、露天采矿、石油勘探及海底电缆铺设等多个领域展现出巨大应用潜力。特别是随着我国海洋探索的不断深入，拥有履带特性的海底敷缆机器人在海洋作业中发挥着重要作用。同时，海底敷缆机器人在复杂的海洋运行环境中具有高度的不确定性，难以建模。在这种情况下，海底敷缆机器人与其周围环境之间的动态、非线性相互作用使得确保精确的轨迹跟踪成为一项挑战。
2、目前，海底敷缆机器人在完成实际的海洋任务中虽然具有很多优势，但是，现有技术仍然存在以下问题：在现有对海底敷缆机器人的研究中，由于海底敷缆机器人的运动受制于许多不确定因素，导致其在海底的运动特性难以得到精确的建模，尤其是挖沟运动的特殊状态；同时，由于实际中海底作业环境信息难以获取，现有控制方法大多忽视了环境扰动因素，导致实际应用中海底敷缆机器人轨迹跟踪控制效果不理想。为解决这些问题，需建立更完善的运动学和动力学模型，并引入扰动观测器实时补偿洋流对海底敷缆机器人的影响，以实现精确控制。此外，现有的轨迹跟踪控制方法大多未考虑在预定时间内形成预期效果，而预定时间控制能提升系统收敛速度和鲁棒性，使海底敷缆机器人在复杂的海底环境中实现精确轨迹跟踪。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流轨迹跟踪控制方法及系统，以克服上述技术问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：p>
3、一种喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流轨迹跟踪控制方法，具体包括以下步骤：
4、s1：构建喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流运动模型；
5、s2：基于抗洋流运动模型，根据给定参考轨迹获取位置误差与航向跟踪误差，并基于位置误差与航向跟踪误差，构建预定时间控制器；
6、s3：根据预定时间控制器获取喷射臂海底敷缆机器人的虚拟控制器；
7、且所述虚拟控制器包括纵向速度虚拟控制器与角速度虚拟控制器；
8、并根据虚拟控制器定义纵向速度误差与角速度误差；
9、s4：根据纵向速度误差与角速度误差构建参数自适应律；
10、所述参数自适应律包括纵向速度自适应律与角速度自适应律；
11、s5：基于虚拟控制器与参数自适应律构建扰动观测器，以获取用于喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流轨迹跟踪的实际控制器。
12、进一步的，s1中构建的喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流运动模型为
13、
14、式中：η＝[x,y,θ]t表示喷射臂海底敷缆机器人的位置-偏转角向量；x,y表示海底敷缆机器人的二维坐标位置的横纵坐标；θ表示偏转角；v＝[v,ω]τ表示喷射臂海底敷缆机器人坐标系下的速度向量；v表示纵向速度；ω表示角速度；τ＝[τv,τω]t，且τv与τω分别表示喷射臂海底敷缆机器人纵向与旋转方向的实际控制信号；f＝[fv,fω]t，且fl与fr分别表示喷射臂海底敷缆机器人左侧与右侧履带所受阻力；fd表示机器人所受悬挂绳力；表示机器人悬挂绳与运动方向所成夹角；fcos(α1+α2)表示喷嘴对机器人的反作用力在机器人运动方向上的分量；α1表示喷嘴与喷射臂的夹角；α2表示喷射臂与运动方向的夹角；fd表示拖曳阻力；fω＝-frb+flb-mμ，且b表示履带中心到机器人几何中心距离；mμ表示转向阻力扭矩；d＝[dv dω]t,且dv与dω表示海底洋流扰动，且满足与分别表示dv与dω的上界；j(θ),a,b,c表示参数矩阵；m,iω分别表示海底敷缆机器人在水下的总质量与车体转动惯量；μl表示左侧履带与土壤正向摩擦系数；μr表示右侧履带与土壤正向摩擦系数；l与r分别表示左侧和右侧履带；ir表示履带转动惯量；kr表示牵引系数；r表示履带驱动轮转动半径，且-av+bf表示抗洋流运动模型中的不确定项。
15、进一步的，所述s2具体包括以下步骤：
16、s21：基于抗洋流运动模型，根据给定参考轨迹ηd获取位置误差，其中ηd＝[xd,yd,θd]t；
17、且所述位置误差为
18、
19、ex＝x-xd，ey＝y-yd
20、式中：ex表示位置横坐标误差；xd表示期望位置横坐标；ey表示位置纵坐标误差；yd表示期望位置纵坐标；ez表示位置误差；
21、并根据位置误差获取航向跟踪误差，其表达式为
22、eθ＝θ-θd
23、式中：θd表示与位置横坐标误差ex和位置纵坐标误差ey相关的理想航向角；且θd＝atan2(ey,ex)；atan2表示反正切函数；
24、s22：根据位置误差与航向跟踪误差构建误差约束条件，其表达式为
25、
26、式中：ωj(t)与表示待设定的边界函数，且j＝z,θ；
27、s23：基于误差约束条件构建预定时间性能函数，设计边界函数为
28、
29、式中：ρj(t)表示预定时间性能函数；ρj∞表示收敛精度；n表示系统的阶；数；σej,ρj0,ρj∞表示根据实际所需的设计参数，且σej＞0,ρj0＞ρj∞＞0；
30、s24：根据设计的边界函数构建对数型障碍函数，其表达式为
31、
32、式中：γz表示中间变量且γθ表示中间变量且ln(·)表示自然对数函数；且sz表示关于位置误差的障碍函数；sθ表示关于航向跟踪误差的障碍函数；
33、s25：对对数型障碍函数求导以获取预定时间控制器，其表达式为
34、
35、式中：φq与χq表示预定时间控制信号；φz,χz表示距离预定时间信号；φθ,χθ表示角度预定时间信号。
36、进一步的，所述s3具体包括以下步骤：
37、s31：基于喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流运动模型，根据对数型障碍函数与预定时间控制器构建喷射臂海底敷缆机器人的虚拟控制器；
38、且所述虚拟控制器包括纵向速度虚拟控制器与角速度虚拟控制器；
39、所述纵向速度虚拟控制器的表达式为
40、
41、所述角速度虚拟控制器的表达式为
42、
43、式中：与表示虚拟控制信号；表示xd,yd的一阶导；
44、s32：对虚拟控制器进行一阶低通滤波处理，获取一阶滤波器输出误差；并根据一阶滤波器输出误差定义喷射臂海底敷缆机器人的纵向速度误差与角速度误差，其表达式为
45、
46、sv＝v-αfv
47、sω＝ω-αfω
48、式中：sfv与sfω表示一阶滤波器输出误差；αfv与αfω表示滤波信号；与表示虚拟控制信号；sv,sω分别表示纵向速度误差与角速度误差；
49、且对虚拟控制器进行一阶低通滤波处理的表达式为
50、
51、式中：αcv,本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流轨迹跟踪控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流轨迹跟踪控制方法，其特征在于，S1中构建的喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流运动模型为
3.根据权利要求2所述的一种喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述S2具体包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述S3具体包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述S4具体包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述S5具体包括以下步骤：
7.一种基于权利要求1所述喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流轨迹跟踪控制方法的系统，其特征在于，包括模型创建模块、虚拟控制器模块、自适应律模块、扰动观测器模块以及预定时间模块；
【技术特征摘要】
1.一种喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流轨迹跟踪控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流轨迹跟踪控制方法，其特征在于，s1中构建的喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流运动模型为
3.根据权利要求2所述的一种喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述s2具体包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：李永明，姚小龙，冯克林，于昆廷，李克文，王宇，范亚洲，汪政，白雪剑，
申请(专利权)人：辽宁工业大学，
类型：发明
国别省市：
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