本发明涉及非电变量的控制，具体为一种深海热液区auv快速轨迹跟踪控制方法。
背景技术：
1、深海蕴藏着丰富的资源，除多金属结核、富钴结壳等矿产资源，还有可燃冰和油气等能源资源，特别是深海热液极端生态资源，具备重要的科学研究和应用价值。上述资源的勘探和开发需要借助稳定的深海装备和可靠的探测技术。热液活动区特有的地形、热液羽状流和水体环境造成的干扰和不确定性，对近底轨迹跟踪控制技术提出了更高要求。
2、现有轨迹跟踪控制方法大多基于渐近稳定控制策略，可满足一般海洋环境的跟踪控制需求，但这些方法收敛速度较慢，对未知干扰和参数不确定性的鲁棒性需进一步增强，特别是对深海热液区进行轨迹跟踪作业的研究较少且不够深入。为解决水下潜器在海流和模型摄动影响下跟踪精度不高与收敛速度较慢问题，通常采用基于终端滑模技术的有限时间方法，但该方法无法克服滑模的抖振问题，且未考虑执行器饱和因素，存在跟踪误差收敛后不稳定的情况，基于此，本申请提出一种深海热液区auv快速轨迹跟踪控制方法以解决上述问题。
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种深海热液区auv快速轨迹跟踪控制方法，该方法在充分考虑深海热液区复杂地形和环境条件的基础上，构建一种非奇异无抖振快速滑模面，设计一种多参数自适应律，引入一种光滑辅助动态函数解决控制输入饱和现象，解决auv系统在海流和模型摄动影响下跟踪精度不高与收敛速度较慢问题，高效完成海底热液区探测与跟踪作业任务。
3、(二)技术方案
4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种深海热液区auv快速轨迹跟踪控制方法，包括以下步骤：
5、s1、设定预期目标，即期望轨迹，同时构建快速非奇异无抖振滑模面；
6、s2、将滑模面的输出信息传给自适应律和光滑辅助动态系统，以上信息同步传送给有限时间轨迹跟踪控制器，控制器经过解算，得到各个自由度应该提供的推力(力矩)；
7、s3、根据“艏向寻优”策略进行舵桨联动推力分配，得到主推进器应该发出的推力和舵机应该提供的舵力；
8、s4、以模拟量电压形式将推力指令发送给主推进器，以脉冲信号形式将舵角指令发送给舵机；
9、s5、推进器和舵机驱动auv，使传感器数据更新，对比实际值和目标值，判定是否满足轨迹跟踪控制结束条件。
10、优选的，所述步骤s2中推力计算如下：
11、构建式(1)所示的轨迹跟踪控制方法以实现快速精确控制：
12、
13、其中，τc为auv有限时间轨迹跟踪控制器，τc1、τc3、τc4、τc5、τc6分别为考虑推进器饱和之后的纵向自由度控制输入、垂向自由度控制输入、纵荡自由度控制输入、横荡自由度控制输入和垂荡自由度控制输入；[·]t表示矩阵的转秩；sl、sy、sψ分别表示设计的纵向自由度、纵倾自由度和艏向自由度的滑模面；η＝[x，y，z，φ，θ，ψ]t，其中，η表示大地坐标系下的位置和姿态矩阵，也即构建的轨迹，x表示纵向位置，y表示横向位置，z表示垂向位置，φ表示横倾角，θ表示纵倾角，ψ表示艏向角，为η的一阶导数，表示速度矩阵，为η的二阶导数，表示加速度矩阵，|·|表示向量的模；||·||表示欧几里德范数；δτ1表示执行器实际输出与执行器指令之间的偏差；分别表示自适应项，为未知的正数；m11表示惯性矩阵m第1行第1列的对角元素；w4表示一个参数矩阵；w41为w4的第1行第1列的对角元素，w46为w4第6行第6列的对角元素；为正的常数；j表示艇体坐标系与大地坐标系之间的转换矩阵；mj表示惯性矩阵m在大地坐标系的标称项；cos(·)表示余弦函数，sign(·)表示符号函数，τc_eq表示轨迹跟踪控制器输出矩阵，如式(2)所示，τc_n表示轨迹跟踪控制器输出矩阵，如式(3)所示；
14、
15、
16、其中，w1和w4表示参数矩阵；crbj表示刚体向心力矩阵在大地坐标系的标称项，caj表示科氏力矩阵在大地坐标系的标称项；表示w1矩阵的最小特征根，s1表示理想的滑模面；
17、
18、其中，b0、b1、b2、b3、b4和b5分别为需设计的正常数，用于控制自适应律的变化快慢，δh为用于匹配各自适应参数之间的变化速率；
19、
20、
21、式中，参数χθ满足ω1和ω2为正常数并满足ω1＜ω2，有界函数hω(θ)＝0.5-0.5sin(lθ(θ))，
22、
23、
24、
25、其中，c1、c2、α1、α2为常数，α3＝1，
26、控制解算后，采用艏向优先的策略进行推力分配。
27、本发明的上述方法可应用于深海热液区水下潜器进行轨迹跟踪作业中。
28、(三)有益效果
29、与现有技术相比，本发明提供了一种深海热液区auv快速轨迹跟踪控制方法，具备以下有益效果：
30、1、该深海热液区auv快速轨迹跟踪控制方法，在充分考虑深海热液区复杂地形和环境条件下，采用一种非奇异无抖振快速滑模面有效消除了滑模控制的抖振问题，采用一种多参数自适应律改善收敛速度偏慢的问题，采用一种光滑辅助动态函数解决控制输入饱和现象，以提高轨迹跟踪控制精度；
31、2、该深海热液区auv快速轨迹跟踪控制方法能有效抵抗垂向羽状海流和水平海流所形成的复杂立体流场造成的干扰，控制过程无需人工干预，实现高精度轨迹跟和近底探测任务，深度跟精度可达0.03m以内，艏向跟踪精度可达0.2°以内，纵向速度跟踪精度可达0.05m/s以内。
1.一种深海热液区auv快速轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种深海热液区auv快速轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤s2中推力计算如下：
3.一种权利要求1或2任一项所述方法在深海热液区水下潜器进行轨迹跟踪作业中的应用。
