一种低通信耦合强度下船舶一致性控制方法技术

本发明专利技术属于海洋船舶控制技术领域，公开了一种低通信耦合强度下船舶一致性控制方法，其包括如下步骤：根据图论知识建立多海洋船舶集群系统的数学模型；构建牵引数据采样控制器和通信机制，建立多海洋船舶集群系统中领导船舶集群和跟随船舶集群的误差系统方程；构建固定间隔环李雅普诺夫函数，建立保证多海洋船舶集群系统中领导船舶集群和跟随船舶集群一致性判据；获取多海洋船舶集群系统的系统矩阵、邻接矩阵以及拉普拉斯矩阵；基于一致性判据，利用循环算法获得能够允许的最小耦合强度，同时解出保证能够实现一致性的控制器增益，实现一致性控制。本发明专利技术通过设计的李雅普诺夫函数和牵引数据采样控制器，实现了低通信耦合强度下船舶的一致性控制。船舶的一致性控制。船舶的一致性控制。

【技术实现步骤摘要】
一种低通信耦合强度下船舶一致性控制方法


[0001]本专利技术属于海洋船舶控制
，涉及一种低通信耦合强度下船舶一致性控制方法。

技术介绍

[0002]船舶在海洋资源勘探、海上运输中扮演重要角色，船舶作为主要的运载工具，其智能化水平和控制技术也越来越受到研究者们的关注，提高船舶控制技术水平可以增强船舶智能化程度，提高安全性。在海洋船舶系统中，如果存在特定的领航者，其控制目标使得其他船舶集群的轨迹同领航者的状态保持一致，即一致性。
[0003]目前，很多工作通过设计传统李雅普诺夫函数得到保证领航者和船舶集群一致性控制方法。然而，现有技术文献所获得的一致性判据对耦合强度没有任何限制，不符合实际情景。与此同时，随着日益复杂的电磁环境以及干扰技术的发展，通信干扰对正常的通信交流构成了严重的威胁。复杂的电磁环境导致各个电磁器件不可避免地受到干扰，为了保证通信、雷达等设备的正常工作，在低通信耦合强度下保证船舶一致性控制是一项重要的研究工作。
[0004]因此，低通信耦合强度的船舶一致性控制研究已成为当前的热点且富有挑战性的研究之一。此外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低通信耦合强度下船舶一致性控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1. 根据图论知识，将多海洋船舶集群系统中相邻船舶集群之间的合作交互用有向无符号图表示，有向无符号图包含表示船舶集群的点、船舶集群构成的边以及表示船舶集群之间关系的权重值，基于有向无符号图建立多海洋船舶集群系统的数学模型；步骤2. 基于步骤1建立的多海洋船舶集群系统的数学模型，构建牵引数据采样控制器和通信机制，建立多海洋船舶集群系统中领导船舶集群和跟随船舶集群的误差系统方程；步骤3. 构建固定间隔环李雅普诺夫函数，根据所述固定间隔环李雅普诺夫函数，建立保证多海洋船舶集群系统中领导船舶集群和跟随船舶集群一致性判据；步骤4. 读取多海洋船舶集群信息，获取多海洋船舶集群系统的系统矩阵、邻接矩阵以及拉普拉斯矩阵；基于步骤3中所建立的一致性判据，再利用循环算法获得能够允许的最小耦合强度，同时解出保证能够实现一致性的控制器增益；得到控制器增益之后，将该控制器增益代入牵引数据采样控制器，实现牵引数据采样控制器下多海洋船舶集群系统中领导船舶集群和跟随船舶集群的一致性控制。2.根据权利要求1所述的低通信耦合强度下船舶一致性控制方法，其特征在于，所述步骤1具体为：根据图论知识，多海洋船舶集群系统中相邻船舶集群之间的合作交互用有向无符号图表示；；其中，表示所有船舶集群的集合，N表示船舶集群的总数；表示船舶集群之间边的集合；表示从船舶集群到船舶集群的有向边；是表示船舶集群关系的邻接矩阵；表示邻接矩阵的第项；且；符号表示当且仅当，表示船舶集群自身之间无法进行合作交互；基于有向无符号图和邻接矩阵，得到拉普拉斯矩阵中的项为：；其中，船舶集群，是船舶集群的邻边集合；拉普拉斯矩阵；基于此，建立多海洋船舶集群系统动力学方程如下：(1)
其中是多海洋船舶集群系统中第个船舶集群的船舶状态向量，每个船舶集群都由个海洋船舶组成；分别表示第个船舶集群的第1到第个海洋船舶； 为包含个元素的对角矩阵，为对角矩阵中的元素，表示权值矩阵；非线性项非线性项表示激活函数，其是单调非减且李普希兹连续的奇函数，即对于常数、，存在常数：, ，使得：成立；其中，分别表示激活函数的第1到第个分量； 表示耦合强度，表示多海洋船舶集群系统的第个船舶集群，表示牵引数据采样控制器的第个分量，是牵引数据采样控制器的输入向量；表示维的列向量；表示维的矩阵；领导船舶集群动力学方程如下：
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(2)是领导船舶集群的状态向量；其中，分别表示领导船舶集群的第1到第n个海洋船舶；为了保证多海洋船舶集群系统中领导船舶集群和跟随船舶集群达到一致，则领导船舶集群具有到多海洋船舶集群系统中每个跟随舶集群的有向路径。3.根据权利要求2所述的低通信耦合强度下船舶一致性控制方法，其特征在于，所述步骤2具体为：设计牵引数据采样控制器，将牵引数据采样控制器仅仅加在部分船舶集群上；定义增加牵引数据采样控制器的船舶集群为牵引船舶集群，将牵引船舶集群的集合表示为且；通信机制选择数据采样通信；则牵引数据采样控制器表示为：
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(3)其中，控制增益矩阵如果船舶集群，那么控制增益矩阵，如果船舶集群，那么控制增益矩阵，表示离散采样时刻；为了研究低耦合强度下多海洋船舶集群系统中领导船舶集群和跟随船舶集群的一致性问题，建立误差系统，以保证误差系统的渐近稳定即保证公式(1)和公式(2)之间的一致性；令；其中，表示误差向量的第个分量，表示状态向量第个分量；得到
误差系统，如公式(4)所示：(4)其中，表示误差向量的第个分量，表示离散误差向量的第个分量，表示控制增益的第个分量；激活函数；其中，分别表示激活函数的第1到第n个分量；再将误差系统即公式(4)表示为向量形式：(5)其中，，，，，，，；I
N
表示N维单位矩阵，I
n
表示n维单位矩阵，分别表示误差向量e(t)的第1到第...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊英杰，黄霞，王震，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：