一种基于单目视觉的水面航行器有限时间连续控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单目视觉的水面航行器有限时间连续控制方法，属于水面航行器视觉控制领域，包括以下步骤：通过单目相机获取视觉特征点的实际图像和期望图像，利用单应性分解技术对水面航行器位姿误差进行恢复，并构建伺服系统的运动学和动力学模型；利用速度调节误差设计NITSMC面，以适应非匹配视觉不确定量；设计FOD，对动力学中的匹配扰动进行观测；引入指数幂次趋近率，设计连续有限时间单目视觉伺服控制器，既保证控制输入连续，又能实现整个伺服系统的有限时间收敛。该方法解决了具有非匹配不确定量的单目视觉伺服系统控制问题，提高了调节误差的收敛速度和控制精度，可以有效避免因扰动造成特征点丢失和视觉伺服失败，特别适用于实际工程需求。

A finite time continuous control method for surface vehicle based on monocular vision

【技术实现步骤摘要】
一种基于单目视觉的水面航行器有限时间连续控制方法
本专利技术涉及水面航行器视觉控制领域，尤其涉及一种基于单目视觉的水面航行器有限时间连续控制方法。
技术介绍
单目相机作为便携、廉价、高效的传感器，逐渐成为了海洋环境感知与自身状态估计的有力工具，极大地增强水面航行器的自主性和智能性。Young-HoKim等人在图像中定义控制误差，设计了PID控制器，实现航行器之间的对接；王健等人利用Backstepping思想设计了基于位置的视觉伺服控制器，实现了航行器编队控制；将轨迹跟踪和视觉测量相结合，Lefeber等人设计了渐进稳定的轨迹跟踪控制器；不考虑系统非线性和时变扰动，王宁等人在将Backstepping和单应性分解技术相结合，设计了航行器姿态调节方法。以上视觉伺服方法的技术特征包括：(1)不考虑系统的未建模动态和时变环境扰动；(2)采用简单的PID或Backstepping思想设计水面海洋航行器的控制器；(3)仅可实现系统渐近稳定或全局最终一致有界稳定。在海洋环境中，由于风、浪、流的作用，必然存在外界扰动，并且水面航行器是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单目视觉的水面航行器有限时间连续控制方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1：通过单目相机获取视觉特征点的实际图像和期望图像，利用单应性分解技术对水面航行器在惯性坐标系下的位姿误差进行恢复，并以此构建单目视觉伺服系统的运动学和动力学一般化模型；/nS2：利用欧拉-拉格朗日旋转矩阵将航行器速度变换到惯性坐标系下表示，并据此变量设计非奇异积分终端滑模面，以解决非匹配视觉不确定量自适应问题；/nS3：设计有限时间扰动观测器，对动力学中的匹配扰动进行精准观测；/nS4：引入指数幂次趋近律，设计连续有限时间单目视觉伺服控制器，在控制输入连续的前提下，实现整个伺服系统的调节误差有限时间收敛。/...

【技术特征摘要】
1.一种基于单目视觉的水面航行器有限时间连续控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：通过单目相机获取视觉特征点的实际图像和期望图像，利用单应性分解技术对水面航行器在惯性坐标系下的位姿误差进行恢复，并以此构建单目视觉伺服系统的运动学和动力学一般化模型；
S2：利用欧拉-拉格朗日旋转矩阵将航行器速度变换到惯性坐标系下表示，并据此变量设计非奇异积分终端滑模面，以解决非匹配视觉不确定量自适应问题；
S3：设计有限时间扰动观测器，对动力学中的匹配扰动进行精准观测；
S4：引入指数幂次趋近律，设计连续有限时间单目视觉伺服控制器，在控制输入连续的前提下，实现整个伺服系统的调节误差有限时间收敛。


2.根据权利要求1所述的一种基于单目视觉的水面航行器有限时间连续控制方法，其特征还在于：在惯性坐标系下恢复水面航行器的位姿误差，并以此构建的单目视觉伺服系统一般化模型如下：



其中，ηd:＝[ηd1,ηd2,ηd3]T＝[ηx,ηy,ηψ]T是采用单应性分解技术在惯性坐标系下恢复的位姿误差向量，Kd＝diag(1/d,1/d,1)>0，d是未知的图像深度，是旋转矩阵，v＝[u,v,r]T是航行器运动速度向量，是惯性矩阵，f(v)是未知的系统内部力，τδ＝MRT(ηψ)δ(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宁，何红坤，李春艳，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21