本发明属于无人水下航行器的编队控制领域，具体涉及一种基于自适应固定时间干扰观测器的多欠驱动auv分布式抗饱和滑模编队控制方法。
背景技术：
1、随着技术的不断进步，自主水下航行器(autonomous underwater vehicle，auv)编队控制已成为推动海洋科学技术前沿发展的重要力量。这一研究领域在增强我们对水下世界的理解和探索方面具有巨大的潜力，而开发这些编队控制技术至关重要。多欠驱动auv系统具有高灵活性、可扩展性和可维护性等明显的优势，因此在处理干扰和故障方面具有增强的鲁棒性，在上述方面均优于单个auv。
2、在多欠驱动auv编队轨迹跟踪控制过程中，面临的一个关键的挑战是集总干扰(外部干扰和模型参数不确定性)对控制系统性能的不利影响。外部干扰通常来自动态海洋环境，包括波浪、潮汐和洋流等自然现象。海洋环境的复杂性延伸到温度、盐度和深度的变化，这会显著改变影响auv性能的水动力系数。这种变化不可避免地破坏了auv模型的精度，加剧了模型参数的不确定性。为了应对这些挑战，研究人员深入探索并完善了滑模控制。尽管滑模控制以其抗干扰性而闻名，但有时会以控制性能为代价，特别是在瞬态响应和系统效率方面。同时，研究人员将滑模控制算法与固定时间理论相结合，提出了一系列固定时间编队的控制器。迄今为止，这一理论框架的应用受到了一定的限制，主要局限于多水面舰艇动力学。
3、在多欠驱动auv编队轨迹跟踪控制过程中，输入饱和也是一个不容忽视的重要挑战。输入饱和与致动器输入的固有限制有关，它源于物理限制，如致动器产生最大力或扭矩的能力有限。当控制算法要求的输入超出这些限制时，就会出现致动器饱和。控制器要求过多的输入，但由于饱和而无法实现，会导致偏离预期轨迹、跟踪误差增大，甚至可能导致系统不稳定。因此，鉴于控制系统需要在复杂多变的环境中保持稳定高效的性能，解决输入饱和这一关键问题势在必行。
4、综上所述，由于外部干扰和模型参数不确定性，以及输入饱和的影响，现有编队控制方法的控制性能仍然较差，控制方法的鲁棒性较差，因此提出一种新的自主水下航行器编队控制方法是十分必要的。
技术实现思路
1、本发明的目的是为解决由于外部干扰、模型参数不确定性以及输入饱和的影响，导致现有编队控制方法的控制性能差、鲁棒性差的问题，而提出了一种基于自适应固定时间干扰观测器的多欠驱动auv分布式抗饱和滑模编队控制方法。
2、本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种基于自适应固定时间干扰观测器的多欠驱动auv分布式抗饱和滑模编队控制方法，所述方法具体包括以下步骤：
3、步骤一、建立考虑外部干扰和模型参数不确定性的欠驱动auv编队运动学和动力学模型；
4、步骤二、定义用于描述编队中多auv之间通信拓扑关系的有向图g＝(v,ε,a)，其中，v表示节点集合，每个节点代表编队中的一个auv，ε表示节点之间边的集合，a表示邻接矩阵；
5、步骤三、设计自适应固定时间干扰观测器，利用设计的干扰观测器对集总干扰进行估计；
6、步骤四、根据有向图中编队auv之间的通信关系来定义每个auv的位置跟踪误差，并结合每个auv的位置跟踪误差设计外环固定时间积分滑模面控制器；
7、步骤五、基于外环固定时间积分滑模面控制器设计内环固定时间积分滑模面控制器，利用设计的内环固定时间积分滑模面控制器对auv编队进行控制。
8、本发明的有益效果是：
9、本发明设计的自适应固定时间扰动观测器，可以在固定时间内将集总干扰的估计误差稳定在零附近区域，利用自适应固定时间干扰观测器来增强多欠驱动auv的编队轨迹跟踪能力，避免了外部干扰和模型参数不确定性的影响。设计基于固定时间动态辅助系统的抗饱和分布式固定时间滑模控制方案，可确保控制器在干扰和输入饱和条件下的性能，减轻输入饱和的影响，从而实现精确高效的控制，保证了控制性能。
10、采用自适应参数的设计来估计集总干扰的上限，从而无需知道集总干扰的上限，提高了系统的鲁棒性。而且增强了编队的收敛性能。
1.一种基于自适应固定时间干扰观测器的多欠驱动auv分布式抗饱和滑模编队控制方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于自适应固定时间干扰观测器的多欠驱动auv分布式抗饱和滑模编队控制方法，其特征在于，所述步骤一的具体过程为：
3.根据权利要求2所述的一种基于自适应固定时间干扰观测器的多欠驱动auv分布式抗饱和滑模编队控制方法，其特征在于，所述变换矩阵j(ηi)为：
4.根据权利要求2所述的一种基于自适应固定时间干扰观测器的多欠驱动auv分布式抗饱和滑模编队控制方法，其特征在于，所述步骤三的具体过程为：
5.根据权利要求4所述的一种基于自适应固定时间干扰观测器的多欠驱动auv分布式抗饱和滑模编队控制方法，其特征在于，所述步骤四中，根据有向图中编队auv之间的通信关系来定义每个auv的位置跟踪误差，具体为：
6.根据权利要求5所述的一种基于自适应固定时间干扰观测器的多欠驱动auv分布式抗饱和滑模编队控制方法，其特征在于，所述结合每个auv的位置跟踪误差设计外环固定时间积分滑模面控制器，具体为：
7.根据权利要求6所述的一种基于自适应固定时间干扰观测器的多欠驱动auv分布式抗饱和滑模编队控制方法，其特征在于，所述步骤五的具体过程为：
