一种考虑船间事件触发通信的多船分布式容错控制方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑船间事件触发通信的多船分布式容错控制方法，包括，构建欠驱动船舶数学模型、驱动器故障模型、虚拟船舶数学模型，设计船间事件触发通信机制，用于更新每艘无人船的所有邻居船的状态信息，根据无人船和虚拟船的状态信息设计局部同步误差，设计分布式虚拟控制器和第一自适应律镇定无人船的位置误差和艏向误差；利用径向基神经网络对欠驱动船舶数学模型的不确定项以及外界干扰进行压缩补偿；构建控制器和第二自适应律，根据控制器和第二自适应律构建驱动器，控制器实时发送控制命令到驱动器，驱动器驱动无人船自主航行。能够使船舶无需对邻居船的状态实时监测，且能够在无需全局拓扑信息的情况下实现船舶自主编队航行任务。舶自主编队航行任务。舶自主编队航行任务。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑船间事件触发通信的多船分布式容错控制方法


[0001]本专利技术涉及船舶运动控制
，尤其涉及一种考虑船间事件触发通信的多船分布式容错控制方法。

技术介绍

[0002]为了满足智能船舶发展的需求，无人船控制技术及其工程应用得到了迅速的发展。近年来，随着无人船概念的出现，大量的理论研究和工程应用得到发展并且取得一定的成果，特别是无人船编队控制得到海洋控制界越来越多的重视，这主要是由于多船编队在民用和军用领域都具有巨大的优势。相较于单艘船舶而言，无人船编队具有高效率、无人化、高度自主性以及能够在有限时间完成复杂的任务的特点，因此多艘无人船的编队控制受到了海洋控制界的广泛关注。较为成熟的编队控制方法有领航
‑
跟随法、基于图论法、虚拟结构法、基于行为法等等。其中，领航
‑
跟随法由于其具有成形简单、可伸缩等特性被广泛使用。但是，领航
‑
跟随法的一个缺陷是对领航船依赖性过大，一旦领航船发生执行设备故障等意外造成工作实效，整个编队系统将无法继续保持期望队形。为了解决该问题，国内外一些学者将图论本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑船间事件触发通信的多船分布式容错控制方法，其特征在于，包括，S1：构建欠驱动船舶数学模型和驱动器故障模型，根据欠驱动无人船数学模型和驱动器故障模型创建N艘无人船，由N艘无人船构成船舶编队，构建虚拟船舶数学模型，根据虚拟船舶数学模型创建一艘虚拟船；S2：设计船间事件触发通信机制，用于更新每艘无人船的所有邻居船的状态信息，所述状态信息包括无人船的横坐标、纵坐标、艏向角；S3：根据无人船和虚拟船的状态信息设计局部同步误差，根据局部同步误差设计分布式虚拟控制器和第一自适应律，分布式虚拟控制器和第一自适应律用于调整无人船的横、纵坐标位置误差和艏向角误差；S4：利用径向基神经网络对欠驱动船舶数学模型的不确定项以及外界干扰进行压缩补偿，所述不确定项包括关于期望前进速度的未知结构函数、关于期望转艏角速度的未知结构函数，所述外界干扰包括关于期望前进速度的时变环境干扰、关于期望横漂速度的时变环境干扰、关于期望转艏角速度的时变环境干扰；S5：构建控制器和第二自适应律，根据控制器和第二自适应律构建驱动器，控制器实时发送控制命令到驱动器，驱动器驱动无人船自主航行。2.根据权利要求1所述的一种考虑船间事件触发通信的多船分布式容错控制方法，其特征在于，所述S1包括根据公式(1)、(2)、(3)构建欠驱动船舶数学模型，Mv＝
‑
F(v)+τ
F
+d
w
ꢀꢀꢀꢀ
(2)(2)其中，η＝[x，y，ψ]
T
为船舶在地理坐标系下的位置向量，x、y为船舶的横、纵坐标，ψ为船舶的艏向角，v＝[u，v，r]
T
为船舶速度向量，m
u
为关于期望前进速度的船舶模型不确定参数，m
v
为关于期望横漂速度的船舶模型不确定参数，m
r
为关于期望转艏角速度的船舶模型不确定参数，f
u
(v)为关于期望前进速度的的未知结构函数，f
v
(v)为关于期望横漂速度的的未知结构函数，f
r
(v)为关于期望转艏角速度的的未知结构函数，f
u
(v)，f
v
(v)，f
r
(v)的函数如公式(4)所示，d
u1
为关于期望前进速度的第一水动力参数，d
v1
为关于期望横漂速度的第一水动力参数，d
r1
为关于期望转艏角速度的第一水动力参数，d
u2
为关于期望前进速度的第二水动力参数，d
v2
为关于期望横漂速度的第二水动力参数，d
r2
为关于期望转艏角速度的第二水
动力参数，d
u3
为关于期望前进速度的第三水动力参数，d
v3
为关于期望横漂速度的第三水动力参数，d
r3
为关于期望转艏角速度的第三水动力参数，d
wu
为关于期望前进速度的时变环境干扰，d
wv
为关于期望横漂速度的时变环境干扰，d
wr
为关于期望转艏角速度的时变环境干扰，T
u
(
·
)为关于期望前进速度的未知增益函数，F
r
(
·
)为关于期望转艏角速度的未知增益函数，N
F
，δ
F
为船舶螺旋桨转速和舵角；根据公式(5)构建驱动器故障模型，根据欠驱动无人船数学模型和驱动器故障模型创建N艘无人船，由N艘无人船构成船舶编队，其中，N
i
(t)，δ
i
(t)为驱动器故障前输入的船舶螺旋桨转速和舵角，ρ
ki
(t)为失速故障参数，ρ
ki
(t)∈(0，1]，k＝N，δ为船舶失速故障参数，为偏置故障参数，根据公式(6)构建虚拟船舶数学模型，根据虚拟船舶数学模型创建一艘虚拟船，其中，ψ
d
为虚拟船的艏向角，x
d
，y
d
为虚拟船的横纵位置坐标，u
d
为虚拟船的期望前进速度，r
d
为虚拟船的期望转艏角速度。3.根据权利要求1所述的一种考虑船间事件触发通信的多船分布式容错控制方法，其特征在于，所述S2包括根据公式(7)设计船间事件触发通信机制，根据公式(7)获取触发时刻，其中，m
j，x
，m
j，y
，m
j，ψ
为正常数，t为时间段，表示序列为j的无人船的事件触发时刻，j为无人船的序号，为第j艘无人船在时间段t内的位置横坐标，为第j艘无人船在时间段t内的位置纵坐标，为第j艘无人船在时间段t内的艏向角，定义表示序列为j的无人船的状态信息，无人船的邻居船的状态信息在时间段t内保持不变，根据公式(8)在触发时刻更新邻居船的状态信息，即的状态信息在时间段t内保持不变，根据公式(8)在触发时刻更新邻居船的状态信息，即其中，为第j艘无人船在时刻的位置横坐标，为第j艘无人船在时刻的位置纵坐标，为第j艘无人船在时刻的艏向角。4.根据权利要求1所述的一种考虑船间事件触发通信的多船分布式容错控制方法，其
特征在于，所述S3包括根据公式(9)设计局部同步误差，局部同步误差包括横坐标同步误差、纵坐标同步误差、艏向角同步误差，式中，为第i艘无人船的横坐标同步误差、为第i艘无人船的纵坐标同步误差、第i艘无人船的艏向角同步误差，为邻接矩阵内元素，当时代表第i艘无人船与第j艘无人船为邻居船，时代表第i艘无人船与第j艘无人船不为邻居船，b
i
为对称矩阵B＝diag{b1，
…
，b
N
}内元素，b
i
＞0代表i号无人船能够得到虚拟船的信息，b
i
＝0代表i号无人船不可得到虚拟船的信息，N为无人船的数量，[Δx
i
，Δy
i
，Δψ
i
]代表船舶编队的期望队形参数，x
i
(t)为第i艘无人船在t时刻的位置横坐标，y
i
(t)为第i艘无人船在t时刻的位置纵坐标，ψ
i
(t)为第i艘无人船在t时刻的艏向角，代表虚拟船的参考信号，根据公式(10)设计分布式虚拟控制器，根据公式(11)设计第一自适应律，分布式虚拟控制器和第一自适应律用于调整无人船的横、纵坐标位置误差和艏向角误差，式中，k
xi
为横坐标控制参数、k
yi
为纵坐标控制参数、k
ψi
为艏向角控制参数，u
doi
为间接参考前进速度，其具体表示为当时，u
d
为虚拟船的期望前进速度，当时，u

【专利技术属性】
技术研发人员：张国庆，刘上，尚骁勇，李纪强，尹勇，王力，张显库，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：