第4期 徐大伟，等：海浪干扰环境下UV近水面深度控制 ·409· 式中：I,为惯性系数，Zc、Z。为重心，浮心在运动坐关，在实际中均为微小量。￡：为0~2π的随机数。 标系下z轴的坐标，m,m.、m,m:、乙，、Z.、Z,、Z:为 w:为第i次谐波的角频率。准确的干扰模型对于 相应的水动力系数。 干扰观测器的设计十分重要，为了进一步分析海 1.2海浪模型 浪在系统中的影响，现将海浪干扰表示为状态空 式(1)中提到的外界干扰d(t)可由式(5)所表 间形式，如式(6)所示。 示的海浪数学模型得到。 传=C传 )=.cos(nt+e） (6) (5) d(t=DE i=1 式中：专为海浪的系统状态，为2n×1的矩阵，C为 在一般的情况下，n取40~60，本文中n取 50；中为海浪的波幅，与海浪的频谱密度等相 2n×2n的矩阵，D为1×2n,如式(7)~(9)所示。 专=[ψa1cos(0t+E1)…中Cos(wnt+En）山a1sin(w1t+s1)…ψnsin(ot+en)]T(7) -10 0 2所示。 0 0 -10 C= (8) 101 0 0 0 D=[L·100 (9) 2 可拓积分变结构控制器设计 图2系统状态的可拓集合 2.1可拓UUV深度控制系统 Fig.2 Extension set of UUV states 基于可拓控制理论与实际UUV深度控制系统， 关联度函数的表达式如下： 设计了可拓UUV深度控制系统的基本结构，如图1 设e-e平面的原点坐标为S(0,0),定义M1= 所示。控制系统分为决策层与执行层，分别由UUV √en2+en,M=√em2+em,则e-e平面上任意- 系统中的任务控制机和运动控制机负责，本文主要 点S(e,e)的关联度可由关联度函数(10)求取： 研究执行层的设计问题。 1-lSS.l/Mo,S∈Cr K(S)= ↑出： (Mo -SSo)/(M--Mo),Se Cr 洪弟： 、.人丽 (10) X 式中：Cr为图2中所示的经典域，SS。= 床.人G √ke2+k2e2,k1、k2为加权系数、可拓控制系统参 ,“ : 数，可根据系统需求进行调整。 根据式(10)的形式可以看出，关联度函数所表 征的是当前系统状态与可拓集合的关联程度，为测 11.；lfs 1.1da .L :nll 度模式的切换依据。 在本文中，通过关联度的值将系统划分为M,、 t这切i卡 M2、M33种测度模式，如式(11)所示。 图1UUV可拓深度控制系统框图 M,{SlK(S)≥0) Fig.I UUV extension depth control system 测度模式=M2,{S-1≤K(S)<O}(11) 本文采用了深度偏差以及偏差的微分作为系统 的控制系统状态反馈量，建立了关于这2个变量的 M3,{SlK(S)<-1) 可拓集合。设状态量偏差及其偏差导数的容许范围 2.2可拓控制算法 分别为em和em,系统可调的最大偏差为em和em, 根据系统当前状态所属的不同的测度模式M,、 因此可以得到关于控制量S(e,e)的可拓集合，如图 M2、M3,将系统相对应地分为经典域、可拓域和非 域，在不同的测度模式下，对UUV深度控制系统的式中院 陨赠 为惯性系数袁 在郧 尧 在月 为重心尧浮心在运动坐 标系下 扎 轴的坐标袁 皂择尧皂憎 尧皂择 窑尧皂憎 窑尧在择尧在憎 尧在择 窑尧在憎 窑 为 相应的水动力系数遥 员援圆 摇 海浪模型 式渊员冤中提到的外界干扰 凿渊贼冤 可由式渊缘冤所表 示的海浪数学模型得到咱员圆暂 遥 鬃渊贼冤 越 移 灶 蚤 越 员 鬃葬蚤糟燥泽渊憎蚤 贼 垣 着蚤冤 渊缘冤 摇 摇 在一般的情况下袁 灶 取 源园 耀 远园袁 本文中 灶 取 缘园曰 鬃葬蚤 为海浪的波幅袁与海浪的频谱密度等相 关袁在实际中均为微小量遥 着蚤 为 园耀 圆仔 的随机数遥 憎蚤 为第 蚤 次谐波的角频率遥 准确的干扰模型对于 干扰观测器的设计十分重要袁为了进一步分析海 浪在系统中的影响袁现将海浪干扰表示为状态空 间形式袁如式渊远冤所示遥 孜 窑 越 悦孜 凿渊贼冤 越 阅孜  渊远冤 式中院 孜 为海浪的系统状态袁为 圆灶 伊 员 的矩阵袁 悦 为 圆灶 伊 圆灶 的矩阵袁 阅 为 员 伊 圆灶袁 如式渊苑冤 耀 渊怨冤所示遥 孜 越 咱鬃葬员 糟燥泽渊憎员 贼 垣 着员 冤摇 噎摇 鬃葬灶 糟燥泽渊憎灶 贼 垣 着灶 冤摇 鬃葬员 泽蚤灶渊憎员 贼 垣 着员 冤摇 噎摇 鬃葬灶 泽蚤灶渊憎灶 贼 垣 着灶 冤 暂 栽 渊苑冤 悦 越 原 憎员 园 埙 园 原 憎灶 憎员 园 埙 园 憎灶                       渊愿冤 阅 越 员噎员      灶 摇园噎园      灶   渊怨冤 圆摇 可拓积分变结构控制器设计 圆援员摇 可拓 哉哉灾 深度控制系统 基于可拓控制理论与实际 哉哉灾 深度控制系统袁 设计了可拓 哉哉灾 深度控制系统的基本结构袁如图 员 所示遥 控制系统分为决策层与执行层袁分别由 哉哉灾 系统中的任务控制机和运动控制机负责袁本文主要 研究执行层的设计问题遥 图 员摇 哉哉灾 可拓深度控制系统框图 云蚤早援员摇 哉哉灾 藻曾贼藻灶泽蚤燥灶 凿藻责贼澡 糟燥灶贼则燥造 泽赠泽贼藻皂 本文采用了深度偏差以及偏差的微分作为系统 的控制系统状态反馈量袁建立了关于这 圆 个变量的 可拓集合遥 设状态量偏差及其偏差导数的容许范围 分别为 藻燥皂 和 藻 窑 燥皂 袁 系统可调的最大偏差为 藻皂 和 藻 窑 皂袁 因此可以得到关于控制量 杂渊藻袁藻 窑 冤 的可拓集合袁如图 圆 所示遥 图 圆摇 系统状态的可拓集合 云蚤早援圆摇 耘曾贼藻灶泽蚤燥灶 泽藻贼 燥枣 哉哉灾 泽贼葬贼藻泽 摇 摇 关联度函数的表达式如下院 设 藻鄄藻窑 平面的原点坐标为 杂园渊园袁园冤 袁 定义 酝原员 越 藻皂 圆 垣 藻 窑 皂 圆 袁 酝园 越 藻燥皂 圆 垣 藻 窑 燥皂 圆 袁 则 藻鄄藻窑平面上任意一 点 杂渊藻袁藻 窑 冤 的关联度可由关联度函数渊员园冤求取院 运渊杂冤 越 员 原 杂杂园 辕 酝园 袁杂 沂 悦则 渊酝园 原 杂杂园 冤 辕 渊酝原员  原 酝园 冤 袁杂 埸 悦则 渊员园冤 式 中院 悦则 为 图 圆 中所示的经典域袁 杂杂园 越 噪员 藻 圆 垣 噪圆 藻 窑圆 袁噪员 尧噪圆 为加权系数尧可拓控制系统参 数袁可根据系统需求进行调整遥 根据式渊员园冤的形式可以看出袁关联度函数所表 征的是当前系统状态与可拓集合的关联程度袁为测 度模式的切换依据遥 在本文中袁通过关联度的值将系统划分为 酝员 尧 酝圆 尧酝猿 猿 种测度模式袁如式渊员员冤所示遥 测度模式 越 酝员 袁  杂 运渊杂冤逸园 酝圆 袁  杂 原 员 臆 运渊杂冤 约 园 酝猿 袁  杂 运渊杂冤 约 原 员        渊员员冤 圆援圆摇 可拓控制算法 根据系统当前状态所属的不同的测度模式 酝员 尧 酝圆 尧酝猿 袁 将系统相对应地分为经典域尧可拓域和非 域袁在不同的测度模式下袁对 哉哉灾 深度控制系统的 第 源 期摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 徐大伟袁等院海浪干扰环境下 哉哉灾 近水面深度控制 窑源园怨窑