一种基于事件触发的具有避障功能的欠驱船轨迹跟踪控制方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术提供一种基于事件触发的具有避障功能的欠驱船轨迹跟踪控制方法、系统及存储介质，本发明专利技术方法，首先，利用非线性模型预测控制处理多变量控制问题的优势，将欠驱船的轨迹跟踪问题转化为优化问题；其次，利用非线性模型预测控制处理输入输出约束的优势，将多障碍物避障机制设计为系统输出约束处理，同时将船舶执行器的限制设计为系统输入约束处理；最后，设计事件触发机制，并将设计的事件触发机制引入到非线性模型预测控制的设计中，从而减轻计算负担。运用本发明专利技术提供的技术，在实际的海上航行过程中，既能实现欠驱船的轨迹跟踪，又能完成与多障碍物之间的自动避障，同时又能减轻计算负担。计算负担。计算负担。

【技术实现步骤摘要】
一种基于事件触发的具有避障功能的欠驱船轨迹跟踪控制方法、系统及存储介质


[0001]本专利技术涉及欠驱动船舶控制
，具体而言，尤其涉及一种基于事件触发的具有避障功能的欠驱船轨迹跟踪控制方法、系统及存储介质。

技术介绍

[0002]欠驱船的轨迹跟踪在民用和军事上均有不可或缺的应用，例如航行补给、目标跟踪和编队。与此同时在实际的海上轨迹跟踪过程中，障碍物频繁出现。但在现存的研究成果中通常将轨迹跟踪和避障分开研究，这与实际情况不符。
[0003]近年来，轨迹跟踪和自动避障一直是欠驱动船舶控制中的前沿问题。在现存的大量研究中，由于欠驱船执行器数量少于控制目标的缺陷，上述两个问题通常被分开研究。然而，在实际的海上轨迹跟踪过程中，障碍物频繁出现。
[0004]现有研究提出了一种非线性模型预测控制方法，用于实现欠驱动船舶的轨迹跟踪和静态和动态目标的避障。但是该方法在控制器的设计中有一个限制性的假设，即虚拟船舶的控制输入被假定为一直被跟随船知道，并在目标函数的设计中作为控制输入的误差使用，即假设期望的控制动作是已知的。该方法虽然能实现欠驱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于事件触发的具有避障功能的欠驱船轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括：S1、利用非线性模型预测控制处理多变量控制问题的优势，将欠驱船的轨迹跟踪问题转化为优化问题；S2、利用非线性模型预测控制处理输入输出约束的优势，将多障碍物避障机制设计为系统输出约束处理，同时将船舶执行器的限制设计为系统输入约束处理；S3、设计事件触发机制，并将设计的事件触发机制引入到非线性模型预测控制的设计中，从而减轻计算负担。2.根据权利要求1所述的基于事件触发的具有避障功能的欠驱船轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤S1的具体实现过程包括：S11、构建三自由度运动数学模型，如下：S11、构建三自由度运动数学模型，如下：上式中，η＝[x,y,ψ]
T
表示船舶的位置和航向，υ＝[u,v,r]
T
分别表示船舶前进速度、横漂速度、艏摇角速度；M表示惯性矩阵，C(υ)表示科里奥利及向心力矩阵，D(υ)表示阻尼矩阵；τ＝[τ
u 0 τ
r
]
T
表示控制输入变量；S12、在实际的海上航行过程中，通常将舵角作为控制输入，因此，为解决多障碍物避障的轨迹跟踪问题，将构建的三自由度运动数学模型转化为如下形式：迹跟踪问题，将构建的三自由度运动数学模型转化为如下形式：迹跟踪问题，将构建的三自由度运动数学模型转化为如下形式：迹跟踪问题，将构建的三自由度运动数学模型转化为如下形式：迹跟踪问题，将构建的三自由度运动数学模型转化为如下形式：上式中，τ
r
表示舵角，τ
u
表示向前加速；v＝λ1r+λ2r3由全尺寸和实验室实验给出；a,b,c,d,λ1,λ2,W表示模型参数；S13、定义ξ＝[x,y,ψ,r,u]
T
，将步骤S12中转化后的三自由度运动数学模型转化为如下所示的非线性控制系统：上式中，τ
in
＝[τ
r
,τ
u
]
T
,
d
w
＝[d
w1
,d
w2
]
T
代表外界干扰；S14、对步骤S13中的非线性控制系统进行离散，得到：ξ(k+1)＝f(ξ(k))+g1τ
in
(k)上式中，ξ(k)＝[x(k),y(k),ψ(k),r(k),u(k)]
T
表示船舶状态变量；τ
in
(k)＝[τ
r
(k),τ
u
(k)]
T
表示控制输入变量；S15、定义预测时域N
p
和控制时域N
c
，未来预测时域N

【专利技术属性】
技术研发人员：刘程，孙婷，胡启智，高帅，徐双，景乾峰，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：