【技术实现步骤摘要】
考虑输入饱和的水面无人艇全状态约束轨迹跟踪控制方法
本专利技术涉及轨迹跟踪控制领域，具体涉及一种水面无人艇的控制方法。
技术介绍
当今对海洋的开发日益受到重视，水面无人艇作为一款可行性高、用途广泛的无人载具，可执行海洋环境的监测和资源的开发等多种任务，因此其具有极高的研究价值。目前对水面无人艇常用的控制方法有轨迹跟踪控制、路径跟踪控制、镇定控制、编队控制等。轨迹跟踪控制方法是指预先设定好水面无人艇的航行路线，并控制水面无人艇按此轨迹路线航行。这种方法能有效的对单个水面无人艇的航行进行控制，但这种方法在实际中需要考虑多方面的影响因素，如动力学模型的不确定性、外界干扰、状态约束、饱和性等等，以上因素均会对控制方法的实际应用产生一定的影响。目前的轨迹跟踪控制方法中虽然已有相关成果考虑了其中的几个因素，但均不够全面，所以导致的控制效果并不理想。例如：“反步法的自适应神经网络控制方法(杨杨的《动力定位船舶非线性自适应控制研究》)”，对于水面无人艇这一对象，由于实际的航行情况和外界干扰，其动力学模型的不确定性会对控制结果产生极大的影响。而且基于反步法的自适应神经网络控制方法也...
【技术保护点】
1.考虑输入饱和的水面无人艇全状态约束轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤；步骤一、建立水面无人艇的动力学模型：随体坐标系o‑xy的坐标原点o位于水面无人艇的重心处，x轴沿中纵轴线从艇尾指向艇首，y轴指向左舷；地面坐标系O‑XY的坐标原点O位于系泊线和系泊终端的连接处，X、Y轴与随体坐标系的x、y轴在同一平面内；3自由度、多输入多输出的水面无人艇的动力学模型如下：
【技术特征摘要】
1.考虑输入饱和的水面无人艇全状态约束轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤；步骤一、建立水面无人艇的动力学模型：随体坐标系o-xy的坐标原点o位于水面无人艇的重心处，x轴沿中纵轴线从艇尾指向艇首，y轴指向左舷；地面坐标系O-XY的坐标原点O位于系泊线和系泊终端的连接处，X、Y轴与随体坐标系的x、y轴在同一平面内；3自由度、多输入多输出的水面无人艇的动力学模型如下：其中空心表示实数域；(ηx,ηy)表示地面坐标系下的位置，ηψ表示地面坐标系下的航向角；为η的一阶导数；为无人艇的速度向量，其中，vx为纵荡的速度，vy为横荡的速度，vψ为艏摇的速度；为期望控制输入；是一个对称正定的惯性矩阵，代表向心力和科氏力矩阵，为阻尼矩阵，g(η)代表由重力、海流和浮力引起的恢复力，H为未知干扰；J(η)为从随体坐标系到地面坐标系的非奇异转换矩阵；步骤二、建立饱和性闭环系统：令x1＝η,x2＝ν，则水面无人艇的动力学模型式(1)表示为：设计饱和函数如下：sat(τ)＝[sat(τ1),sat(τ2),sat(τ3)]T(3)其中sat(τ)表示实际控制输入；sat(τi)＝sgn(τi)min{τimax,|τi|},i＝1,2,3，τimax为饱和函数幅值；取z1＝[z11,z12,z13]T＝x1-xd，z2＝[z21,z22,z23]T＝x2-α，其中为虚拟控制函数；JT为J的转置；b1＝[b11,b12,b13]T为z1的约束界限；k11、k12、k13为正的常数；考虑输入饱和的问题，则闭环系统转化为：z1表示位置的误差变量，z2表示速度的误差变量；xd为位置的期望轨迹；针对饱和性闭环系统所描述的考虑输入饱和的实际系统，存在一个实际控制输入sat(τ)以满足跟踪控制目标；步骤三、根据自适应方法对未知干扰上界和控制输入差值上界进行估计，实现对未知干扰的处理；根据伪逆条件，有：其中，(z2T)+表示z2T的穆尔彭罗斯广义逆矩阵；设计控制器如下：其中，ε、δ均为大于零的常数，k2＝diag[k21,k22,k23]为正的控制增益，k2i为正的常数；αi为虚拟控制函数α的第i行元素；为αi的导数；Ji为非奇异转换矩阵J的第i行元素；ai为中间变量a＝M-1[τ-C(x2)x2-D(x2)x2-g(x2)+H]的第i行元素；分别为hm2、θ2的自适应估计值；根据控制器和自适应律对水面无人艇进行控制。2.根据权利要求1所述的考虑输入饱和的水面无人艇全状态约束轨迹跟踪控制方法，其特征在于，步骤三所述根据自适应方法对控制输入差值上界进行估计的过程如下：在期望控制输...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦洪德，孙延超，李骋鹏，李凌宇，李晓佳，汪向前，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23
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