一种基于随体坐标系的无模型全分布式无人艇协同时变队形控制方法技术

本发明专利技术提供一种基于随体坐标系的无模型全分布式无人艇协同时变队形控制方法，包括：(1)建立基于应力约束的通信拓扑；(2)建立期望队形并确定控制目标；(3)设计仿射编队的控制器；(4)验证无人艇编队系统的稳定性和鲁棒性；本发明专利技术结合了仿射变换相关概念可以迅速的进行缩放、剪切和旋转等队形变换。同时，系统内的艇体自需要依赖感知交互和本艇的惯性信息即可在拒止环境下实现编队控制，并且有效降低了控制器的复杂程度，具备更低的计算量。具备更低的计算量。具备更低的计算量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于随体坐标系的无模型全分布式无人艇协同时变队形控制方法


[0001]本专利技术针对分布式无人艇协同控制技术，涉及一种基于随体坐标系的无模型全分布式无人艇协同时变队形控制方法，用于无人艇集群系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着人类对于海洋探索的不断深入，无人艇编队逐渐成为学者重点关注的对象。相比于单艇，无人艇编队在海域探测、沿海巡逻和目标包围等任务中有着明显优势，因此研究无人艇的编队控制无疑具有极高的现实意义。
[0003]目前无人艇编队往往以分布式架构进行控制器设计，就一个分布式框架而言，通信拓扑的研究是基础，亦是核心。基于图论构建的分布式控制器仅能实现固定队形的跟踪任务，然而由于实际海洋任务中需要无人艇编队可以完成时变队形跟踪以躲避障碍或者穿越狭窄区域。现有的通过在通信拓扑中引入距离约束或方位角约束条件设计的控制方法，难以同时实现旋转和缩放的完整队形变化，因此我们通过在通信拓扑中引入应力约束，结合仿射变换相关概念，用以描述具备时变航速和时变运动方向的期望队形，可以同时实现包括旋转、剪切以及缩放的组合变换，进而避免额外的路径本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于随体坐标系的无模型全分布式无人艇协同时变队形控制方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：建立基于应力约束的通信拓扑；步骤2：建立期望队形并确定控制目标；步骤3：设计仿射编队的控制器；步骤4：验证无人艇编队系统的稳定性和鲁棒性。2.根据权利要求1所述的一种基于随体坐标系的无模型全分布式无人艇协同时变队形控制方法，其特征在于，在步骤1中建立基于应力约束的通信拓扑，如下所示：首先采用通用的欧拉
‑
牛顿方程表述无人艇的运动模型如下：牛顿方程表述无人艇的运动模型如下：式中，η
i
＝col(p
i
,ψ
i
)为表示在大地坐标系下的无人艇状态向量，其中p
i
＝col(x
i
,y
i
)为位置向量，ψ
i
为无人艇的艘向；θ
i
＝col(υ
i
,ω
i
)为表示在随体坐标系下的无人艇速度向量，其中υ
i
＝col(u
i
,v
i
)为线速度，ω
i
为角速度；J(ψ
i
)为旋转矩阵，具体公式如下所示：用J
i
和R
i
替代J(ψ
i
)和R(ψ
i
)；表示为无人艇考虑附加质量力后的的惯性矩阵；表示为科氏向心力矩阵；表示为阻力矩阵；表示为模型参数摄动干扰向量；表示为外界扰动向量；τ
i
表示为控制指令输入；定义关联矩阵其中m为边集E中元素的数量；关联矩阵和拉普拉斯矩阵的关系为H
T
H＝L，得到如下关系式：令z1,...,为Null(E)的一组基；通过计算E的奇异值分解来获取Null(E)的一组正交基，将扩展构型的奇异值分解为有U＝col(U1,U2)，其中U1为U的前3列，得到如下方程：据此，通过求解如下线性矩阵不等式得到参数c1,...,c
o
：为保证仿射可定位的要求，采用如下公式求得应力向量：3.根据权利要求1所述的一种基于随体坐标系的无模型全分布式无人艇协同时变队形控制方法，其特征在于，在步骤2中建立期望队形并确定控制目标，如下所示：
采用一维变量描述队形的期望航向，定义期望队形为(G,p<...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱骋，黄兵，张磊，苏玉民，庄佳园，周彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：