本申请属于水下航行器，具体涉及一种基于暂态性能优化的水下航行器模型参考自适应控制系统及方法。
背景技术：
1、水下航行器的控制技术是指水下航行器在水下环境中，根据自身的运动情况，在某种控制规律作用下，控制各舵面或螺旋桨的运动，自动地以规定的姿态沿某一预定的航程航行。控制系统是对水下航行器在复杂的海洋环境扰动下的运动状态进行控制。因此，航行器的控制系统实质上是研究被控对象在随机扰动作用下的控制方法。
2、在实际航行中，水下航行器仍存在如下问题：
3、水下航行器属于一个强耦合、高度非线性的复杂多输入多输出(mimo)系统，其控制器的设计传统方法是局部线性化和pid控制。然而，传统控制方法需要对系统的流体动力模型参数有比较准确的了解，并且设计好的控制器其有效性仅仅局限在平衡点附近。控制系统必须满足航行器大范围机动的需求。当航行器做较大的机动时，非线性模型误差会导致控制效果下降和控制系统稳定性降低。
4、在航行过程中，航行器受到波浪和海流的随机干扰，传统的控制方式会导致系统响应速度较慢，不能满足航行器快速响应、鲁棒性强和自适应高的需求。
5、在航行过程中，执行机构的不确定性如舵机零点偏差，舵力系数不确定和其他未建模误差等问题，常常会影响控制系统的暂态性能。
技术实现思路
1、本申请的目的在于克服现有水下航行器当部分流体参数未知的情况下，稳定性差、响应速度慢、自适应能力不高的缺陷。
2、为了实现上述目的，本申请提出了一种基于暂态性能优化的水下航行器模型参考自适应控制系统，所述系统包括：
3、所述系统的系统模型为：
4、
5、其中，x＝[ψω]t为系统状态变量，ψ为水下航行器的航向角，ω为水下航行器的航向角速度；t为向量转置；为系统状态变量的导数，u(t)为系统输入信号量，即执行机构的舵角；a、b为可控矩阵；d(x,t)为不确定项；t为时间；λ＞0为对角阵，满足李普希思条件：
6、
7、其中，l为常数；||·||为取范数计算；
8、所述系统的参考模型为：
9、
10、其中，xr为参考模型的系统状态变量，为参考模型的系统状态变量的导数，yr为输出设定值；
11、为特征根在右半平面的赫尔维茨矩阵；k1为调节闭环极点；
12、br＝bk2；参数k2的选取原则是根据yr进行调节，确保闭环系统稳态输出为yr；所述系统的系统控制量u表示为：
13、u＝u+u+v
14、其中，un为标称控制量；ua为附加控制量；v为暂态性能增强控制量。
15、作为上述系统的一种改进，所述标称控制量un为：
16、un＝-k1x+k2 yr。
17、作为上述系统的一种改进，所述附加控制量ua为：
18、
19、其中，θ(x)＝[θ0(x),un]t，θ0(x)为基函数；
20、为估计权重。
21、作为上述系统的一种改进，所述基函数θ0(x)为一组高斯函数。
22、作为上述系统的一种改进，所述暂态性能增强控制量v为：
23、
24、其中，μ为滤波器时间常数；s为拉普拉斯变换中的复变量。
25、作为上述系统的一种改进，所述参数k2的选取满足：
26、-ca-1bk2＝-i
27、其中，i为单位矩阵；c为矩阵，满足：
28、
29、其中，y为系统输出值。
30、本申请还提供一种基于暂态性能优化的水下航行器模型参考自适应控制方法，基于上述系统实现，所述方法包括：
31、搭建系统模型和参考模型；
32、根据影响水下航行器航迹的因素确定基函数，计算标称控制量、附加控制量和暂态性能增强控制量，确定自适应控制系统；
33、将执行机构舵角输入系统模型，即可输出水下航行器的航行姿态，完成水下航行器的模型参考自适应控制。
34、与现有技术相比，本申请的优势在于：
35、1、本发明可实现水下航行器的快速无稳差控制，缓解控制系统的快速性与误差之间的矛盾，达到无稳差的控制效果；
36、2、采用本发明可降低工程设计成本，在不做水动力试验，参数误差较大的情况下，执行机构不确定性,当航行器遇到较大干扰时，可以自适应补偿舵机零点、舵力系数，以及其他未建模误差，实现快速、稳定自适应控制效果；
37、3、自适应方法可以抵消参数不确定性的影响，但是自适应的过程，是待估计参数的变化过程，影响系统的暂态响应，导致暂态响应出现振荡，采用本发明提出的方法，可有效抑制模型参考自适应控制过程中的暂态响应振荡现象，确保暂态性能的优化。
1.一种基于暂态性能优化的水下航行器模型参考自适应控制系统，其特征在于，所述系统包括：
2.根据权利要求1所述的基于暂态性能优化的水下航行器模型参考自适应控制系统，其特征在于，所述标称控制量un为：
3.根据权利要求1所述的基于暂态性能优化的水下航行器模型参考自适应控制系统，其特征在于，所述附加控制量ua为：
4.根据权利要求3所述的基于暂态性能优化的水下航行器模型参考自适应控制系统，其特征在于，所述基函数θ0(x)为一组高斯函数。
5.根据权利要求1所述的基于暂态性能优化的水下航行器模型参考自适应控制系统，其特征在于，所述暂态性能增强控制量v为：
6.根据权利要求1所述的基于暂态性能优化的水下航行器模型参考自适应控制系统，其特征在于，所述参数k2的选取满足：
7.一种基于暂态性能优化的水下航行器模型参考自适应控制方法，基于权利要求1-6任一所述系统实现，所述方法包括：
