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龙图腾网获悉燕山大学申请的专利一种基于预设时间干扰观测器的AUV二阶滑模三维轨迹跟踪控制方法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：CN119126565B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-19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：202411261435.1，技术领域涉及：G05B13/04；该发明授权一种基于预设时间干扰观测器的AUV二阶滑模三维轨迹跟踪控制方法是由苏博;宁远武;孙子修设计研发完成，并于2024-09-10向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于预设时间干扰观测器的AUV二阶滑模三维轨迹跟踪控制方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种基于预设时间干扰观测器的AUV二阶滑模三维轨迹跟踪控制方法，属于水下航行器控制领域，包括搭建含有外部扰动的AUV数学模型；利用预设时间稳定性理论，设计预设时间干扰观测器；根据AUV控制系统的动力学模型以及跟踪误差，融合预设时间稳定性和二阶滑模技术，构建预设时间二阶滑模轨迹跟踪控制器；将构建好的干扰观测器和轨迹跟踪控制器接入AUV动力学数学模型，对AUV控制系统的动力学数学模型进行验证。本发明通过引入预设时间方法，使AUV快速地跟踪上给定的期望轨迹，实现了对AUV三维轨迹的精确控制，保证了系统在外界海流干扰下的控制性能的稳定性。

本发明授权一种基于预设时间干扰观测器的AUV二阶滑模三维轨迹跟踪控制方法在权利要求书中公布了：1.一种基于预设时间干扰观测器的AUV二阶滑模三维轨迹跟踪控制方法，其特征在于：包括步骤如下： 步骤1：根据AUV控制系统的控制输入、非线性模型参数及外部未知洋流扰动，搭建含有外部扰动的AUV控制系统的动力学数学模型；步骤1中数学模型具体如下： 建立带外部扰动的AUV控制系统的动力学数学模型： 其中，v＝[u,v,w,q,r]T为载体坐标系下的速度，u,v,w分别为AUV的纵荡、横荡、垂荡速度，q,r则分别为AUV的纵倾和艏摇角速度；η＝[x,y,z,θ,ψ]T为大地坐标系下的位置坐标，τ＝[τ1,τ2,τ3,τ4,τ5]T为输入力和力矩，τw＝[τw1,τw2,τw3,τw4,τw5]T为外界扰动； M∈R5×5为包含附加质量的矩阵；Dv∈R5×5为粘性阻尼矩阵；Cv∈R5×5为科氏力附加矩阵；惯性gη∈R5×5为AUV的恢复力和力矩矢量； Dv＝diagd11,d22,d33,d44,d55；gη＝[g1,g2,g3,g4,g5]T； 其中d11＝-Xu-X|u|u|u|，d22＝-Yv-Yv|v|v|，d33＝-Zw-Z|w|w|w|，d44＝-Mq-M|q|q|q|，d55＝-Nr-N|r|r|r|，g1＝P-Bsinθ，g2＝0，g3＝-P-Bcosθ，g4＝-ZBBsinθ，g5＝0； 其中 Jη为旋转矩阵见下式： 步骤2：利用预设时间稳定性理论，再结合AUV控制系统的动力学数学模型的误差状态，设计用于观测并逼近外部扰动情况的预设时间干扰观测器；步骤2中干扰观测器表示具体如下： 首先是定义v和M-1τw的估计值分别为z1t和则估计误差可以分别定义为e1t＝v-z1和e2t＝M-1τw-z2；由模型替换关系得到速度的定义为则预设时间干扰观测器模型可以表示为： 选择合适的预设时间干扰观测器的参数γ,σ,TP，使估计误差e1,e2收敛于零，设定系数0＜γ＜1，σ＞0，TP＞0则可以在预设时间T1内估计出外部扰动，e2即在预设时间内收敛于零；设定扰动满足李普希茨条件||M-1τwt||≤δ2t-t0，它们的一阶导数是以||Dwt||≤δ2为界，其中δ2＞0； 由于和||e20||＝||M-1τw0-z20||＝0，故而e2,i0＝0，从而得到e1,i0＞0；表示在e1,i改变符号之前，sgne1,it保持与sgne2,it的符号相反，则可得：其中，e1＝[e1,1,e1,2,e1,3,e1,4,e1,5]T和e2＝[e2,1,e2,2,e2,3,e2,4,e2,5]T，i＝1,2...5；同时收敛时间可以提前计算出： 步骤3：根据AUV控制系统的动力学模型以及跟踪误差，融合预设时间稳定性理论和二阶滑模技术，构建可以提高系统稳定性和鲁棒性的预设时间二阶滑模轨迹跟踪控制器；步骤3中构建轨迹跟踪控制器的具体步骤如下： 步骤3.1：定义跟踪误差： 其中，η为实际轨迹，ηd为期望轨迹；分别为实际和期望轨迹的一阶导数； 步骤3.2：定义滑模面S1为： S1＝E2+F0 其中， 步骤3.3：定义滑模面S2为： 其中，而滑模面S1求一阶导得到 得到预设时间二阶滑模轨迹跟踪控制器的τ如下： 其中，同时所给定的参数0＜β0＜1，0＜β1＜1，0＜β2＜1，T0＞0，T1＞0，T2＞0； 步骤4：结合已经构建好的预设时间干扰观测器、二阶滑模控制器以及AUV控制系统的动力学模型，对AUV控制系统的控制性能进行验证测试；步骤4中结合已经构建好的模型，对AUV控制系统的控制性能进行验证测试过程如下：首先给出AUV跟踪的期望轨迹和外部未知扰动，再将各个模型部分进行合并，对整个AUV系统的预设时间收敛性和稳定性进行仿真验证，整个AUV系统在预设时间内收敛且抗抖振能力和鲁棒性强。

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