【技术实现步骤摘要】
一种含约束无人船的路径跟踪制导与控制结构的设计方法
本专利技术涉及无人船领域，特别是一种含约束无人船的路径跟踪制导与控制结构的设计方法。
技术介绍
鉴于含约束无人船在应用方面的广阔前景以及在轻量化、能源消耗等方面展现出的巨大优势，各国都致力于含约束无人船的研究，目前正处于飞速发展的关键阶段，在军事和民用领域有了尝试性的应用并取得了很大的成功，包括反潜作战、支持特种作战、海事巡航监管、海事搜寻与救助、海洋数据测量与监测以及气象保障服务。特别是随着通信技术、人工智能等新技术、新理念的迅速发展，含约束无人船的研究有了新的突破，其中对含约束无人船路径跟踪方法的研究与实际应用也越来越多。路径跟踪要求含约束无人船到达并能够航行在预定路径上，有时为了满足任务需求避免损失而对航速及航向的控制精度要求较高。在单船运动控制方面，由于含约束无人船运动模型具有非线性、强耦合、欠驱动等特性，并且航行过程中存在大量的不确定性，如参数不确定、未建模动态、时变风浪流扰动等，含约束无人船运动控制面临着较大的挑战。根据控制目标的不同，含约束无人船的控制运动可划分为定点稳定、目标跟踪、轨迹跟踪、路径跟...
【技术保护点】
1.一种含约束无人船路径跟踪制导与控制器结构的设计方法，所述的结构包括扰动观测器、LOS制导律模块、航向控制模块、速度控制模块和含约束无人船，所述扰动观测器的输入端分别与含约束无人船、航向控制模块以及速度控制模块的输出端相连，所述LOS制导律模块的输入端与含约束无人船的输出端相连，所述航向控制模块的输入端分别与LOS制导律模块的输出端、扰动观测器的输出端相连，所述速度控制模块的输入端与扰动观测器的输出端相连；所述的含约束无人船的运动学和动力学模型用下式表示：
【技术特征摘要】
1.一种含约束无人船路径跟踪制导与控制器结构的设计方法，所述的结构包括扰动观测器、LOS制导律模块、航向控制模块、速度控制模块和含约束无人船，所述扰动观测器的输入端分别与含约束无人船、航向控制模块以及速度控制模块的输出端相连，所述LOS制导律模块的输入端与含约束无人船的输出端相连，所述航向控制模块的输入端分别与LOS制导律模块的输出端、扰动观测器的输出端相连，所述速度控制模块的输入端与扰动观测器的输出端相连；所述的含约束无人船的运动学和动力学模型用下式表示：x、y、u、v和r分别代表地球坐标系下的含约束无人船的横坐标、纵坐标、航向角、纵向速度、横漂速度和艏摇角速度；mu、mv、mr分别代表含约束无人船纵向、侧向以及艏摇方向的惯量；τu、τr分别表示含约束无人船纵向的推力和艏摇方向上的力矩，由于含约束无人船没有侧向推力，则τv＝0；fu(·)、fv(·)、fr(·)分别表示纵向、侧向以及艏摇方向上由于向心力、阻尼力以及含约束无人船未建模动态所产生的含约束无人船不确定性；τwu、τwv分别为海洋环境中时变风浪流扰动对含约束无人船纵向、侧向方向上产生的力；τwr为海洋环境中时变风浪流扰动对含约束无人船艏摇角方向上产生的力矩；其特征在于：所述的设计方法，包括以下步骤：A、扰动观测器的设计扰动观测器的输入信号为含约束无人船的地球坐标系下的位置和航向信号x、y、与速度信号u、v、r以及控制输入信号τu、τr，输出信号包括对含约束无人船航向的观测值纵向速度的观测值以及纵向、艏摇方向上产生的含约束无人船不确定性的观测值所设计的扰动观测器表示为：式中：其中是位置x方向的观测值，是位置y方向的观测值，是航向角的观测值；其中是纵向速度u的观测值，是横向速度ν的观测值，是艏摇角方向速度r的观测值；其中是纵向不确定性的观测值，是横向不确定性的观测值，是艏摇方向不确定性的观测值；是η的估计值，η是含约束无人船的位置姿态信息，表示为是ν的观测值，ν是含约束无人船的速度信号，表示为ν＝[uvr]T；R是旋转矩阵；τ是控制输入信号，表示为τ＝[τu0τr]T；M是惯性矩阵；K1、K2、K3是扰动观测器增益矩阵；B、LOS制导律模块的设计LOS制导律模块的输入信号是含约束无人船在地球坐标系下的参考位置pr和含约束无人船在地球坐标系下的实时位置...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭周华，孙邱越，张宝，古楠，王丹，刘陆，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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