一种无人艇状态估计观测器设计方法技术

本发明专利技术公开了一种无人艇状态估计观测器设计方法，其步骤如下：步骤一、利用坐标变换将无人艇数学模型转化为标准形式，并设计通信网络传输方案；步骤二、将状态变量与量化误差进行增广构造新的增广系统；步骤三、设计基于量化数字信号的比例微分观测器，得到误差方程；步骤四、判断误差系统的稳定性。本发明专利技术可以实现利用量化的数字信号对无人艇未知的状态进行准确估计，并有效抑制量化误差对于观测器性能的影响，便于控制模块对于无人艇安全性的监控与及时处理；本发明专利技术通过观测器输入向量的设计可以有效抑制海浪干扰对于观测器的影响，使得当无人艇在复杂海洋环境作业时，观测器仍然具有良好的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种无人艇状态估计观测器设计方法
本专利技术属于无人舰艇的控制
，涉及一种无人艇状态估计观测器设计方法，特别是一种基于量化数字信号的无人艇状态估计观测器设计方法。
技术介绍
无人艇具有结构灵活，机动性高，成本低廉等等特点，往往承担着复杂海域的监测勘探、环境考察等各类重要任务。然而，当无人艇在长时间进行作业任务时，各种复杂的气候条件可能导致无人艇搭载的传感器产生不可预知的故障。当部分传感器由于故障无法提供必要的状态信息时，利用剩余传感器信息搭建状态估计观测器实现对无人艇运行状态的准确重构，对于保证无人艇安全性有着重要的意义。随着船舶信息化技术的不断提高，越来越多的无人艇将传感器采集到的信号如艏摇速率、航向角、横摇角等进行量化后利用数字网络进行传输与通信，这种方法传输速度快、便于维护与安装。然而，在信号量化过程中，由于存在量化误差，传感器原始信号的完整性和精确性将被破坏。因此，当采用文献《网络环境下基于观测器的无人水面艇航向控制研究》公式(4)中的传统状态观测器对无人艇不可测量的状态进行估计时，存在以下两个问题：首先，由于该方法直接利本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人艇状态估计观测器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：利用坐标变换将无人艇数学模型转化为标准形式，并设计通信网络传输方案；/n步骤二：将状态变量与量化误差进行增广构造新的增广系统；/n步骤三：设计基于量化数字信号的比例微分观测器，得到误差方程；/n步骤四：判断误差系统的稳定性。/n

【技术特征摘要】
1.一种无人艇状态估计观测器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：利用坐标变换将无人艇数学模型转化为标准形式，并设计通信网络传输方案；
步骤二：将状态变量与量化误差进行增广构造新的增广系统；
步骤三：设计基于量化数字信号的比例微分观测器，得到误差方程；
步骤四：判断误差系统的稳定性。


2.根据权利要求1所述的一种无人艇状态估计观测器设计方法，其特征在于：步骤一所述利用坐标变换将无人艇数学模型转化为标准形式具体为：
无人艇数学模型满足：



yc(t)＝Ccxc(t)
其中，状态向量xc(t)＝[v(t)r(t)ψ(t)p(t)φ(t)]T，干扰向量d(t)＝[wψwφ]T，控制输入u(t)＝δ(t)；变量v(t)，ψ(t)，φ(t)，r(t)和p(t)分别表示舵产生的无人艇横荡速度，航向角，横摇角，平摆速度和横摇速度；δ(t)表示舵角；wφ(t)和wψ(t)表示海浪引起的横摇角和航向角的扰动；Tv和Tr是时间常数；Kvr，Kdv，Kdv，Kdr，Kdp，Kvp是已知的增益；wn和ζ分别表示无阻尼固有频率和阻尼比，系统矩阵表示为：




Cc∈Rp×5为测量输出矩阵。
假设正常的测量输出通道不小于3个，即p满足于p≥3；干扰d(t)满足于为已知的d(t)的范数最大值，求取可逆阵T∈R5×5和S∈Rp×p，将无人艇模型的参数矩阵转换为标准形式：



其中，A∈R5×5，D∈R5×2，B∈R5×1，C∈Rp×5，D1∈R2×2是可逆的；
通过坐标变换x(t)＝Txc(t)，y(t)＝Syc(t)，得到：



其中，x1(t)∈R2，y1(t)∈R2。


3.根据权利要求2所述的一种无人艇状态估计观测器设计方法，其特征在于：步骤一所述设计通信网络传输方案具体为：
设计两个相同的观测器，观测器搭1建在传感器端，用来构造估计误差；观测器2建立在控制模块中，用来对无人艇状态的监控；观测器1得到状态变量x1(t)的估计值并构造估计误差通过量化器1进行量化后利用数字传输通道同时传输到两...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈力恒，赵玉新，冯志光，何永旭，王烨，陈杨，郝日栩，
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