辽宁工业大学李永明获国家专利权
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龙图腾网获悉辽宁工业大学申请的专利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获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN119759013B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-17发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202411905092.8,技术领域涉及:G05D1/43;该发明授权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是由李永明;姚小龙;冯克林;于昆廷;李克文;王宇;范亚洲;汪政;白雪剑设计研发完成,并于2024-12-23向国家知识产权局提交的专利申请。
本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在说明书摘要公布了:本发明公开了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,包括构建喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流运动模型;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,构建预定时间控制器;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,以定义纵向速度误差与角速度误差;根据纵向速度误差与角速度误差构建参数自适应律;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。针对现有的海底敷缆机器人在复杂的海底环境中不能实现精确轨迹跟踪的问题,建立了更完善的抗洋流运动模型,并引入扰动观测器实时估计扰动,以实现精确控制;采用预定时间理论可以使系统能够收敛到预先设定的时间内,具有更好的鲁棒性;扰动观测器的使用将更准确的补偿海底的洋流的干扰,提高海底敷缆机器人的抗干扰能力。
本发明授权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在权利要求书中公布了: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: S1:构建喷射臂海底敷缆机器人的抗洋流运动模型; 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; 具体包括以下步骤: S21:基于抗洋流运动模型,根据给定参考轨迹获取位置误差,其中 且所述位置误差为 式中:表示位置横坐标误差;表示期望位置横坐标;表示位置纵坐标误差;表示期望位置纵坐标;表示位置误差;表示海底敷缆机器人的二维坐标位置的横纵坐标; 并根据位置误差获取航向跟踪误差,其表达式为 式中:表示与位置横坐标误差和位置纵坐标误差相关的理想航向角;且表示反正切函数;表示偏转角; 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 式中:与表示待设定的边界函数,且; 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 式中:表示预定时间性能函数;表示收敛精度;表示系统的阶数;,,表示根据实际所需的设计参数,且,,; S24:根据设计的边界函数构建对数型障碍函数,其表达式为 式中:表示中间变量且;表示中间变量且;表示自然对数函数;且表示关于位置误差的障碍函数;表示关于航向跟踪误差的障碍函数; 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 , 式中:与表示预定时间控制信号;表示距离预定时间信号;表示角度预定时间信号; 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; 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; 并根据虚拟控制器定义纵向速度误差与角速度误差; S4:根据纵向速度误差与角速度误差构建参数自适应律; 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; 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; 具体包括以下步骤: S51:基于虚拟控制器与参数自适应律构建扰动观测器; 所述扰动观测器的表达式为 式中:与表示观测状态;与分别表示纵向速度方向和角速度方向的未知干扰;与分别表示对未知干扰与的估计值;与表示正的设计常数;与表示与的一阶导;表示转置;表示抗洋流轨迹跟踪的实际控制信号;表示参数自适应律且;表示自适应参数的最优参数向量;表示自适应参数的最优参数向量;表示的估计值;表示的估计值;与表示一阶滤波器输出误差;与表示滤波信号;分别表示纵向速度误差与角速度误差;表示的滤波时间常数;表示的滤波时间常数;,分别表示对纵向速度方向与角速度方向的一阶低通滤波器的输入;与表示模糊逻辑系统的基函数;与表示关于纵向速度和角速度的变量; S52:基于扰动观测器构建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,其表达式为 式中:表示抗洋流轨迹跟踪的实际控制信号;表示设计参数。
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