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龙图腾网获悉西北工业大学申请的专利一种全分布式多水下机器人优化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：CN119828459B 。

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：202411883949.0，技术领域涉及：G05B13/04；该发明授权一种全分布式多水下机器人优化跟踪控制方法是由张卓;黄冠;崔荣鑫;严卫生;张守旭;郭欣欣设计研发完成，并于2024-12-20向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种全分布式多水下机器人优化跟踪控制方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种全分布式多水下机器人优化跟踪控制方法，利用模糊理论将具有高阶非线性动力学模型的多水下机器人系统构建为模糊线性化系统；设计全分布式固定时间积分滑模控制协议，同时求解出在滑模面上运动的等效控制系统；构建基于领航‑跟随机制的状态一致性误差系统，并基于该误差系统定义全局性能指标函数，设计全分布式状态反馈标称优化控制协议，确保性能指标函数全局最优；利用李亚普诺夫稳定理论分析多水下机器人系统的状态一致性，确保基于领航‑跟随机制的状态一致性跟踪误差系统渐进稳定。本发明提供的方法能够以更小的控制输入实现基于领航‑跟随机制的多水下机器人系统的状态一致性。

本发明授权一种全分布式多水下机器人优化跟踪控制方法在权利要求书中公布了：1.一种全分布式多水下机器人优化跟踪控制方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1：利用模糊理论将具有高阶非线性动力学模型的多水下机器人系统构建为模糊线性化系统； 步骤1-1：给出如下六自由度多水下机器人动力学模型： 式中，为水下机器人的位置和角度信息量，θi分别表示水下机器人在地球坐标系下x轴坐标、y轴坐标以及绕z轴旋转的航向角；为水下机器人的速度信息量，qix,qiy,分别表示地球坐标系下x轴方向速度、y轴方向速度以及航向角速度；ui表示控制输入量，wi表示不确定外界干扰输入量，M、Cqi和Dqi分别为系统的惯性矩阵、科氏力和向心力矩阵以及流体阻尼矩阵；为坐标转换矩阵，表示如下： 步骤1-2：利用状态空间表示法将式1重写为高阶非线性系统： 式中，ui、wi分别表示第i个水下机器人的控制输入量和不确定外界干扰输入量； 状态信息xi为6×1维的向量，基于模糊系统理论，将式2中描述的高阶非线性系统构建为如下模糊线性化系统： 模糊规则k：若xi1是λk1，且xi2是λk2，…，且xi6是λk6，那么： 式中，xi1,xi2,...,xi6表示系统的模糊采样点，λk1,...,λk6表示系统的模糊集合，r表示模糊规则的总数量； 采用加权函数法将式3重写为模糊线性化系统： 式中，表示权重函数，同时函数φkxi满足且φkxi≥0； 步骤2：针对步骤1构建的模糊线性化系统设计全分布式固定时间积分滑模控制协议，同时求解出在滑模面上运动的等效控制系统； 步骤2-1：针对步骤1中的模糊线性化系统4，设计积分型滑模变量如下： 式中，xi0为状态信息xi在t＝0时刻的初始值，F为常数矩阵且满足矩阵FB是满秩矩阵，uim为待设计的全分布式状态反馈标称优化控制协议；φk·表示权重函数的系数，Ak表示系统的线性化状态量权重矩阵，B表示控制输入量的权重矩阵； 对式5的两边求导： 步骤2-2：针对式6中给出的系统，设计全分布式固定时间滑模控制协议为： 式中，sigsi＝[sigsi1,...,sigsip]T表示变量si的符号函数；β1，β2，β3和ρ表示待设计的滑模增益参数； 步骤2-3：将式7代入式6中可得： 选择滑模增益参数β10，β30，ρ0，以及β2α||FB||，α≥||wi||为不确定外界干扰输入量的上界；选择与式6相关的李雅普诺夫函数如下： 对式9求导有： 步骤2-4：根据固定时间稳定性理论，可得式7中设计的滑模控制协议能够保证积分滑模变量si＝0在固定时间内实现；根据式6可知si＝0等价于ui-uim+wi＝0，因此模糊线性化系统4在滑模面上运动的等效控制系统可表示为： 步骤3：针对步骤2中求出的等效控制系统，构建基于领航-跟随机制的状态一致性误差系统，并基于该误差系统定义全局性能指标函数，设计全分布式状态反馈标称优化控制协议，确保性能指标函数全局最优； 步骤3-1：首先针对步骤2中的等效控制系统11，构建如下基于领航-跟随机制的状态一致性跟踪误差系统： δi＝xi-x0,i＝1,…,N.12 式中，x0表示仅提供参考状态轨迹信息的领航者水下机器人，其动力学模型为x0＝Ax0x0； 步骤3-2：对等式12两边求导有： 根据克罗内克积，式13的全局形式可表示为： 式中，IN表示N阶单位矩阵； 步骤3-3：针对误差系统14，定义全局性能指标函数如下： 式中，表示跟踪误差的加权矩阵、表示控制输入的加权矩阵，Q0和R0为对称矩阵，P为如下代数黎卡提等式的正定解： 步骤3-4：针对误差系统14和性能指标函数15，设计全分布式状态反馈标称优化控制协议如下： 式中，aij表示第i个跟随者水下机器人和第j个跟随者水下机器人之间的通信关系，当第i个跟随者能够获取第j个跟随者的状态信息时，aij＝1，否则aij＝0；表示第i个跟随者水下机器人的入度；hi表示第i个跟随者水下机器人和领航者水下机器人之间的通信关系，hi＝1表示第i个跟随者能够直接获取领航者的状态信息，K＝R-1BTP表示控制增益矩阵； 根据式14和式15选择如下哈密顿函数： 式中，表示协态变量， 根据最优化理论证明，全分布式状态反馈标称优化控制协议17能够确保性能指标函数15全局最优； 步骤4：利用李亚普诺夫稳定理论分析多水下机器人系统的状态一致性，确保基于领航-跟随机制的状态一致性跟踪误差系统渐进稳定。

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