一种非线性船组动力系统的一致性跟踪方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种非线性船组动力系统的一致性跟踪方法及系统，涉及协同控制技术领域，对非线性船组动力系统的动力学方程进行坐标变换，将得到的具有时变输入时延的二阶严格反馈方程作为跟随者的动力学方程，确定领导者的动力学方程，确定领导者和跟随者之间的通讯关系；利用反步法，设计非线性船组动力系统的一致性跟踪控制器；基于一致性跟踪控制器，对非线性船组动力系统进行控制；本发明专利技术基于新设计的Lyapunov

【技术实现步骤摘要】
一种非线性船组动力系统的一致性跟踪方法及系统


[0001]本专利技术属于船组动力系统协同控制
，尤其涉及一种非线性船组动力系统的一致性跟踪方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]一致跟踪问题源于多智能体系统，并在过去几年的船组群控制领域得到了广泛的应用；在分布式跟踪协议的基础上，要求跟随者智能体的状态与领导者的状态同步；领导者
‑
跟随者一致跟踪在明确一致控制的方向、增强通信、节省能量等方面具有优势；船组动力系统的一致跟踪设计常常涉及到大型船舶、高速船舶、海上作业船舶和军用舰艇的船组控制；由于船只大小、水域环境、天气状况等不同因素难以确定，导致船组动力系统建模的不精确性；同时，船组之间的通信拓扑从平衡图扩展到非平衡图，更进一步扩展到含有生成树的图，也减少了通信的通道数量。
[0004]上述问题增加了通过考虑本地信息来设置分布控制器的难度，为了简化和解决这些问题，很多技术和理论被提出来；神经网络可用来逼近包含邻居智能体信息的未知连续函数，同时，由于动态曲面的作用是估计虚拟控制的一阶导数，因此应用它来避免“复杂度爆炸”问题；此外，为了降低智能体之间的计算成本和通信成本，一种常见的方法是引入事件触发技术，其最大的缺点是很难避免潜在的芝诺(Zeno)行为，即在有限时间内被无限次触发；与事件触发技术不同，滞回量化器通过消除潜在抖振来平滑信号，可以降低通信和计算成本，保证系统的性能。
[0005]在船组动力系统的研究中，时间延迟是一个不可避免的问题，它可能会出现在状态变量或输入控制器中，输入延迟的存在可能是系统不稳定性的来源，导致系统性能出现意外降低；与含有状态时延的系统相比，设计含有输入时延系统的控制器的关键是补偿输入中的延时误差，事实上，已知或未知输入时延线性系统的全局自适应稳定已经实现，但对于非线性系统的一致性跟踪控制方法，虽然取得了一些研究成果，但大部分研究成果没有考虑到未知的不可微分的时变输入延迟问题，影响控制的稳定性并增加了跟踪误差。

技术实现思路

[0006]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种非线性船组动力系统的一致性跟踪方法及系统，基于新设计的Lyapunov
‑
Krasovskii函数，定义含补偿系统和命令滤波的误差坐标转换，设计自适应控制器，处理未知的不可微分的时变输入延迟，并使用滞后量化器对控制器进行量化，使用命令滤波器优化控制器结构，提高一致性跟踪控制的稳定性和准确性。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0008]本专利技术第一方面提供了一种非线性船组动力系统的一致性跟踪方法；
[0009]一种非线性船组动力系统的一致性跟踪方法，包括：
[0010]对非线性船组动力系统的动力学方程进行坐标变换，将得到的具有时变输入时延的二阶严格反馈方程作为跟随者的动力学方程，确定领导者的动力学方程，并确定领导者和跟随者之间的通讯关系；
[0011]利用反步法，设计一种Lypunov
‑
Krasovskii函数，定义含补偿系统和命令滤波的误差坐标转换，并引入径向基神经网络和量化函数，设计每一步的虚拟控制器和自适应律，最终得到非线性船组动力系统的一致性跟踪控制器；
[0012]基于所述一致性跟踪控制器，对非线性船组动力系统进行控制。
[0013]进一步的，所述具有时变输入时延的二阶严格反馈方程，具体为：
[0014][0015]其中，和表示第i个跟随者的输入和输出，k＝1,2，表示第i个跟随者的状态，τ
i
(t)表示t时刻的未知延迟，和是参数A、B、M、K未知的连续函数。
[0016]进一步的，所述一种Lypunov
‑
Krasovskii函数，为指数型Lyapunov
‑
Krasovskii函数。
[0017]进一步的，所述含补偿系统和命令滤波的误差坐标转换，具体为：
[0018][0019]z
i,2
＝x
i,2
‑
ω
i
+λ
i
[0020][0021]其中，z
i,1
、z
i,2
表示跟踪误差，y
i
、y
j
分别表示船舶i和船舶j的输出信号，y
d
表示领导者输出的跟踪信号，λ
i
表示补偿信号，τ
m
表示延迟，a
ij
表示船舶j向船舶i发送信息量的权重，b
i
表示领导者向船舶i发送信息量的权重，k和k1是正的设计常数。
[0022]进一步的，所述虚拟控制器具体为：
[0023][0024]其中，表示船舶i收到信息量的总权重，c
i,1
、p
i,1
是正的设计常数。
[0025]进一步的，所述自适应律具体为：
[0026][0027][0028][0029]其中，γ
i,1
、γ
i,2
、σ
i,1
、σ
i,2
、a
i,1
、a
i,2
是正的设计常数。
[0030]进一步的，所述一致性跟踪控制器具体为：
[0031][0032]其中，u
i
表示控制信号，c
i,2
、p
i,2
是正的设计常数。
[0033]本专利技术第二方面提供了一种非线性船组动力系统的一致性跟踪系统。
[0034]一种非线性船组动力系统的一致性跟踪系统，包括第一构建模块、第二构建模块和系统控制模块：
[0035]第一构建模块，被配置为：对非线性船组动力系统的动力学方程进行坐标变换，将得到的具有时变输入时延的二阶严格反馈方程作为跟随者的动力学方程，确定领导者的动力学方程，并确定领导者和跟随者之间的通讯关系；
[0036]第二构建模块，被配置为：利用反步法，设计一种Lypunov
‑
Krasovskii函数，定义含补偿系统和命令滤波的误差坐标转换，并引入径向基神经网络和量化函数，设计每一步的虚拟控制器和自适应律，最终得到非线性船组动力系统的一致性跟踪控制器；
[0037]系统控制模块，被配置为：基于所述一致性跟踪控制器，对非线性船组动力系统进行控制。
[0038]本专利技术第三方面提供了计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本专利技术第一方面所述的一种非线性船组动力体系统的一致性跟踪方法中的步骤。
[0039]本专利技术第四方面提供了电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本专利技术第一方面所述的一种非线性船组动力系统的一致性跟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非线性船组动力系统的一致性跟踪方法，其特征在于，包括：对非线性船组动力系统的动力学方程进行坐标变换，将得到的具有时变输入时延的二阶严格反馈方程作为跟随者的动力学方程，确定领导者的动力学方程，并确定领导者和跟随者之间的通讯关系；利用反步法，设计一种Lypunov
‑
Krasovskii函数，定义含补偿系统和命令滤波的误差坐标转换，并引入径向基神经网络和量化函数，设计每一步的虚拟控制器和自适应律，最终得到非线性船组动力系统的一致性跟踪控制器；基于所述一致性跟踪控制器，对非线性船组动力系统进行控制。2.如权利要求1所述的一种非线性船组动力系统的一致性跟踪方法，其特征在于，所述具有时变输入时延的二阶严格反馈方程，具体为：其中，和表示第i个跟随者的输入和输出，k＝1,2，表示第i个跟随者的状态，τ
i
(t)表示t时刻的未知延迟，和是参数A、B、M、K未知的连续函数。3.如权利要求1所述的一种非线性船组动力系统的一致性跟踪方法，其特征在于，所述一种Lypunov
‑
Krasovskii函数，为指数型Lyapunov
‑
Krasovskii函数。4.如权利要求1所述的一种非线性船组动力系统的一致性跟踪方法，其特征在于，所述含补偿系统和命令滤波的误差坐标转换，具体为：z
i,2
＝x
i,2
‑
ω
i
+λ
i
其中，z
i,1
、z
i,2
表示跟踪误差，y
i
、y
j
分别表示船舶i和船舶j的输出信号，y
d
表示领导者输出的跟踪信号，λ
i
表示补偿信号，τ
m
表示延迟，a
ij
表示船舶j向船舶i发送信息量的权重，b
i
表示领导者向船舶i发送信息量的权重，k和k1是正的设计常数。5.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛屹，杨玉龙，牛奔，王新君，刘莹莹，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：