【技术实现步骤摘要】
一种无人船领航跟随固定时间编队控制方法
本专利技术涉及无人船控制领域,尤其涉及一种无人船领航跟随固定时间编队控制方法。
技术介绍
近年来,随着各国对海洋科技的重视,水面船舶正向着智能化和无人化发展,水面无人船在科学研究、水域监测、海洋环境勘探、军事和其他民用领域发挥着越来越大的作用。但是海洋水域环境复杂多变,存在多种未知扰动,在面对多任务作业时,单一无人船无法较好实现目标,所以多无人船协同控制作业因其效率高、覆盖广、鲁棒性强等特点,成为各研究机构的研究热点。在多无人船协同控制领域,编队控制最为重要,目前主要有五种常见策略:图论策略、基于行为的控制策略、虚拟领航者控制策略、神经网络和领航-跟随控制策略等。其中领航-跟随控制策略因其跟随无人船能够有效的跟踪领航无人船的运动轨迹,实现稳定的编队队形而得到更为广泛的研究和应用。领航-跟随无人船编队控制系统中,其稳定性将会受到复杂的外界环境扰动影响,例如天气和气候的变化,水位的变化,风浪的影响,给无人船编队的稳定控制带来了极大的困难。滑模控制技术因其具有较强的抗不确定性和抗扰性 ...
【技术保护点】
1.一种无人船领航跟随固定时间编队控制方法,其特征在于:包括以下步骤:/nS1:建立领航无人船和跟随无人船的动力学和运动学模型;/nS2:设计领航无人船子系统的固定时间控制律,以实现领航无人船轨迹控制,并为跟随无人船子系统提供控制输入信号;/nS3:设计有限时间扰动观测器,实现对跟随无人船环境扰动的有效观测;/nS4:建立积分滑模面,确立跟随无人船和领航无人船之间的跟随误差,并设计在复杂扰动下基于有限时间扰动观测器的固定时间编队控制方案。/n
【技术特征摘要】
1.一种无人船领航跟随固定时间编队控制方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1:建立领航无人船和跟随无人船的动力学和运动学模型;
S2:设计领航无人船子系统的固定时间控制律,以实现领航无人船轨迹控制,并为跟随无人船子系统提供控制输入信号;
S3:设计有限时间扰动观测器,实现对跟随无人船环境扰动的有效观测;
S4:建立积分滑模面,确立跟随无人船和领航无人船之间的跟随误差,并设计在复杂扰动下基于有限时间扰动观测器的固定时间编队控制方案。
2.根据权利要求1所述的一种无人船领航跟随固定时间编队控制方法,其特征在于:
所述无人船运动学和动力学数学模型如下所示:
式中,i=0,1,2,…,n分别表示领航无人船(i=0)和跟随无人船(i≠0),ηi=[xi,yi,ψi]T为惯性坐标系下的位置和航向,νi=[ui,vi,ri]T为附体坐标系下纵荡、横漂、艏摇速度,τi=[τi1,τi2,τi3]T为控制输入,δi=MiRT(ψi)di(t),di(t)=[di1(t),di2(t),di3(t)]T为外部扰动,R(ψi)为旋转矩阵,Mi=MiT>0为惯性矩阵,C(vi)=-C(vi)T为科氏力矩阵,D(vi)为阻尼矩阵,Z(ηd,vd)=-C(vd)vd-D(vd)vd,ηd=[xd,yd,ψd]T和νd=[ud,vd,rd]T分别为期望的位置向量和速度向量。
3.根据权利要求1所述的一种无人船领航跟随固定时间编队控制方法,其特征还在于:
所述领航无人船与期望轨迹之间误差的积分滑模面公式及领航无人船固定时间控制律如下:
式中,表示积分滑模变量,sgn(·)是信号函数,i=1,2,0<a1<1,a2=2a1/(1+a1),κ1,κ2>0表示趋近于滑模面的速率;
由上公式(2)得积分滑模面变量的导数,如下所示:
设计基于有限时间扰动观测器的固定时间编队控制律:
式中,e0,1=η0-ηd,e0,2=ω0-ωd分别表示坐标变换后的位置误差和速度误差,Ωe=ξ(η0,ω0)-ξ(ηd,ωd)-RdMd-1τd,Λi>0(i=0,1,2),m,n表示正奇数,满足m<n。
4.根据权利要求1所述的一种无人船领航跟随固定时间编队控制方法,其特征还在于:所述领航无人船子系统的固定时间控制律的稳定性验证过程如下:
通过Lyapuno...
【专利技术属性】
技术研发人员:王宁,李仲昆,李贺,薛皓原,李堃,王昱清,
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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