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龍圖騰網恭喜浙江大學申請的專利基于自適應策略的四旋翼水下機器人抗水流擾動控制方法獲國家發明授權專利權，本發明授權專利權由國家知識產權局授予，授權公告號為：CN115562317B 。

龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-03-21發布的發明授權授權公告中獲悉：該發明授權的專利申請號/專利號為：202211410401.5，技術領域涉及：G05D1/485；該發明授權基于自適應策略的四旋翼水下機器人抗水流擾動控制方法是由冀大雄;王睿設計研發完成，并于2022-11-08向國家知識產權局提交的專利申請。

本基于自適應策略的四旋翼水下機器人抗水流擾動控制方法在說明書摘要公布了：本發明涉及水下機器人與機器人控制領域，旨在提供一種基于自適應策略的四旋翼水下機器人抗水流擾動控制方法。包括：以仿真或實驗方法建立四旋翼水下機器人的六自由度動力學與運動學模型；簡化處理得到水下機器人的前進運動方程；基于四旋翼水下機器人的姿態角與前進速度的狀態耦合關系，獲取水動力系數、姿態角、前進速度與水流速度之間的映射關系；水下機器人在水中行進時分別采用快速適應模式和定期校準模式的控制策略。本發明實施方便，成本較低，不需要依靠其他傳感器設備；能夠實現在線自適應調整，同時有兩種模式能有效應對不同工況。本發明通過水下機器人不斷上浮校準參數，能有效逼近實際水流速度，在校準后可獲得較好的控制效果。

本發明授權基于自適應策略的四旋翼水下機器人抗水流擾動控制方法在權利要求書中公布了：1.一種基于自適應策略的四旋翼水下機器人抗水流擾動控制方法，其特征在于，包括以下步驟：1以仿真或實驗方法建立四旋翼水下機器人的六自由度動力學與運動學模型；其中，動力學與運動學模型的具體實現方式如下：1.1在水下機器人的運動中引入機體坐標系與大地坐標系；其中，機體坐標系與水下機器人本體綁定，原點為其浮心，隨著水下機器人運動而運動；大地坐標系則與慣性系固連，位置方向均不發生變化；在機體坐標系中表示水下機器人的受力與運動情況，x、y、z軸上的線速度依次定義為u、v、w，角速度依次定義為p、q、r，則速度矩陣定義為V＝[u，v，w，p，q，r]T，上標T代表矩陣的轉置，下同；在地坐標系中表示其位置與姿態角，x、y、z軸上的位移依次定義為x、y、z，姿態角依次定義為θ、ψ，則位姿矩陣定義為1.2在六自由度動力學與運動學模型中，動力學方程表示為： 其中，MT為總質量矩陣，為V的微分，即點標代表微分，下同；CV為總科里奧利力矩陣；DL為線性阻力系數矩陣，DNL為非線性阻力系數矩陣；Vc為水流速度矩陣，Gη為恢復力矩陣，F為輸入力矩陣；總質量矩陣MT由剛體質量矩陣MRB與附加質量矩陣MA構成，通過下式計算得到：MT＝MRB+MA 其中，m為質量；假設重心的x軸與y軸坐標均為0，zg為重心的z軸坐標，IxIyIz依次為xyz坐標軸上的轉動慣量，依次為xyz軸平移自由度上的附加質量系數，依次為xyz軸旋轉自由度上的附加質量系數，又稱附加轉動慣量系數；類似地，總科里奧利力矩陣CV由CRB與CA組成，通過下式計算得到：CV＝CRB+CA 線性阻力系數矩陣DL和非線性阻力系數矩陣DNL，分別通過下式計算得到：DL＝diag[Xu，Yv，Zw，Kp,Mq，Nr] 其中，XuYvZw依次為xyz軸平移自由度上的線性阻力系數，Kp，Mq，Nr依次為xyz軸旋轉自由度上的線性阻力系數；依次為xyz軸平移自由度上的非線性阻力系數，依次為xyz軸旋轉自由度上的非線性阻力系數；水流速度矩陣Vc，通過下式計算得到：Vc＝[uc，vc,wc，0，0，0]T其中，ucvcwc依次為xyz軸上擾動水流的流速；恢復力矩陣Gη，通過下式計算得到： 其中，G為重力、B為浮力，s＝sin，c＝cos；輸入力矩陣F，通過下式計算得到： 其中，Fz表示旋翼在垂直方向上的力，表示旋翼產生的橫搖力矩，Mθ表示旋翼產生的縱傾力矩，Mψ表示旋翼產生的俯仰力矩；1.3在六自由度動力學與運動學模型中，運動學方程表示為： 其中， 矢量η1、η2、η和V1、V2、V的定義如下： 其中，t＝tan；R1表示位置轉換矩陣，R2表示姿態轉換矩陣；03*3表示3*3零矩陣；2設定運動狀態參數，對六自由度模型做簡化處理，得到水下機器人的前進運動方程；其中，所述簡化處理包括：2.1假設機器人在水下前進時沿鋸齒形路徑勻速巡航，即同一時刻下僅有x軸或y軸單一方向上的前進自由度；給予運動約束，沿x軸前進時，有v＝0，p＝q＝r＝0，u0，w0，沿y軸前進時，有u＝0，p＝q＝r＝0，v0，w0，θ＝ψ＝0；2.2將六自由度模型展開，保留非零項；沿x軸前進時，動力學方程通過下述公式表示： 其中，式U、式Q、式W分別代表u、q、w三個自由度上的運動情況，式X、式Z、式Θ分別代表x、y、θ三個自由度上的運動情況；沿y軸前進時，動力學方程通過下述公式表示： 其中，式V、式P、式W分別代表v、p、w三個自由度上的運動情況，式Y、式Z、式Φ分別代表x、y、三個自由度上的運動情況；3基于四旋翼水下機器人的姿態角與前進速度的狀態耦合關系，獲取水動力系數、姿態角、前進速度與水流速度之間的映射關系；其中，所述水動力系數、姿態角、前進速度與水流速度之間的映射關系包括：當水下機器人沿x軸前進時，經步驟2的簡化處理得到： 當uc＝0時，即不存在水流擾動時： 當uc≠0時，則有： 若令則有其中，為水下機器人自身動力所產生的速度，為水流推動機器人產生的速度；當水下機器人沿y軸前進時，經步驟2的簡化處理得到： 當vc＝0時，即不存在水流擾動時： 當uc≠0時，則有： 若令則有其中，為水下機器人自身動力所產生的速度，為水流推動機器人產生的速度；根據上述公式，當水下機器人處于水下GPS定位失效時，能夠通過姿態傳感器得到θ與的值，從而計算出和當機器人浮上水面后，利用GPS定位得到的位置信息計算出實際位移與進而計算水流的速度為： 以上各式中，s＝sin，c＝cos，t＝tan；4水下機器人在水中行進時，其控制策略包括快速適應模式和定期校準模式：快速適應模式具體包括：首先設定該模式下機器人每次上浮的時間間隔，其數值應當在滿足巡航要求的情況下盡可能小，以便使機器人在多次上浮后，能在較短時間內逼近實際的水流擾動值；水下機器人每次上浮時，判斷根據姿態推導出估計位移值與實際位移值之間是否有較大差距，若有，則說明水域內存在水流干擾；在下一次下潛之前，修正控制量，改變水下機器人的線速度以補償水流速度的影響；定期校準模式具體包括：首先設定該模式下機器人每次上浮的時間間隔，其數值相對于快速適應模式下更長；水下機器人每次上浮時，判斷根據姿態推導出估計位移值與實際位移值之間是否有差距；如有則設置額外控制量抵消偏移量以補償擾動的影響，如差距較大則說明水域內的水流情況已發生較大改變；此時自轉換為快速適應模式，增加上浮次數，以重新適應新的水流干擾；在定期校準模式下，水下機器人處于路徑跟蹤狀態并按設定的間隔時間上浮；通過GPS定位方式比較實際位置點與估計值之間的差別，計算水流速度和克服水流擾動所需的偏移補償量；與定期校準模式相比，快速適應模式下的水下機器人處于自由移動狀態，按相對更短的設定間隔時間上浮，并計算偏移補償量。

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