【技术实现步骤摘要】
一种时滞非对称时变全状态约束下的水面无人艇轨迹跟踪控制方法
本专利技术属于控制
，具体涉及一种水面无人艇的跟踪控制方法。
技术介绍
随着科学技术的进步，对于海上无人载具的研究得到了快速发展，涌现出多种不同的控制策略。例如，G.C.Zhang,H.Huang等人的《AnoveladaptivesecondorderslidingmodepathfollowingcontrolforaportableAUV》、X.Liang等人的《Three-dimensionalpathfollowingofanunderactuatedAUVbasedonfuzzybacksteppingslidingmodecontrol》以及Z.H.Peng等人的《Output-feedbackpath-followingcontrolofautonomousunderwatervehiclesbasedonanextendedstateobserverandprojectionneuralnetworks》分别研究了自主式水下机器人(A...
【技术保护点】
1.一种时滞非对称时变全状态约束下的水面无人艇轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、根据3自由度的水面无人艇的的动力学模型建立水面无人艇的闭环系统；包括以下步骤：/nS1.1、针对3自由度的水面无人艇的的动力学模型，利用x
【技术特征摘要】
1.一种时滞非对称时变全状态约束下的水面无人艇轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据3自由度的水面无人艇的的动力学模型建立水面无人艇的闭环系统；包括以下步骤：
S1.1、针对3自由度的水面无人艇的的动力学模型，利用x1表示位置和航向角对应的向量η，利用x2表示速度向量ν，对水面无人艇的动力学模型进行表示；
位置和航向角对应的向量包括大地坐标系下的位置(ηx,ηy)和航向角(ηψ)；包括纵荡的速度vx、横荡的速度vy、艏摇的速度vψ；
S1.2、根据实际需求确定期望轨迹xd＝[xd1(t),xd2(t),xd3(t)]T；
xd1(t)表示无人艇x方向的期望位移，xd2(t)表示无人艇y方向的期望位移，xd3(t)表示无人艇期望的转向角度；
S1.3、设计虚拟控制函数
其中，J为水面无人艇的的动力学模型对应的随体坐标系到地面坐标系的非奇异转换矩阵；C1为对角线元素均为正常数的对角阵；为移位函数；Z1＝[k11z11,k12z12,k13z13]T；A2＝[η11ζ11,η12ζ12,η13ζ13]，USV有两个系统状态量x1、x2，为了简单表示，下标1的是针对x1对应的参数，下标2的是针对x2对应的参数；下标i＝1,2,3表示三个自由度对应的参数；当下标同时出现1、2和i时表示x1、x2对应自由度i时的参数，k2i为对应的设计参数；ζ1i为对应的移位变化后的误差变量；k1i、k2i为对应的设计参数；F11i＝kc1i(t)-xdi(t),kc1i(t)、为边界条件，满足xdi(t)、为xdi(t)的边界条件；
根据误差变量的定义有：
z1＝[z11,z12,z13]T＝x1-xd
z2＝[z21,z22,z23]T＝x2-α
结合水面无人艇的动力学模型、z1和z2，初步建立起水面无人艇的闭环系统：
其中，M是一个对称正定的惯性矩阵；τ为期望控制输入；C代表向心力和科氏力扭矩，D为阻尼矩阵，g代表由重力、海流和浮力引起的回复力，w为外界干扰；
S2、期望控制输入的饱和特性处理：
期望控制输入τ的饱和函数sat(τ)如下：
sat(τ)＝[sat(τ1),sat(τ2),sat(τ3)]T
其中，sat(τi)＝sgn(τi)min{τimax,|τi|}，i＝1,2,3，τimax为饱和函数幅值；
期望控制输入和实际控制输入之间的差值为Δτ：
Δτ＝sat(τ)-τ
根据sat(τ)和Δτ，则水面无人艇的闭环系统表示如下：
为了消除输入饱和对系统的影响，设计如下的饱和补偿辅助系统：
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【专利技术属性】
技术研发人员：秦洪德，孙延超，李骋鹏，曹禹，冯睿，景锐洁，
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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