一种有限时间框架下的AUH编队协同控制方法技术

本发明专利技术公开了一种有限时间框架下的AUH编队协同控制方法，包括：(1)构建领航者

【技术实现步骤摘要】
一种有限时间框架下的AUH编队协同控制方法


[0001]本专利技术属于水下直升机控制领域，尤其是涉及一种有限时间框架下的AUH编队协同控制方法。

技术介绍

[0002]近年来水下自主航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV)因为其在管道检测、军事防御和海洋观测等应用领域的突出优势，受到科研工作者的广泛关注。一种称为水下直升机(Autonomous underwater helicopter,AUH)的新型AUV，由于其特殊的结构，更加适合上述水下作业任务。同时，在某些特殊的情况下，需要多个AUV在保持编队构型的同时跟踪给定轨线，因此AUV的编队控制问题成为一个研究热点。
[0003]AUV编队控制的复杂性来自多个方面，包括AUV具有复杂的未知非线性动力学，由于水下环境的复杂性跟踪误差难以快速收敛等。现有研究对以上问题提出了一些有效的解决方案，径向基函数神经网络(Radial basis function neural network,RBFNN)广泛用于逼近系统的动力学不确定项，状态扩张观测器用于估计动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有限时间框架下的AUH编队协同控制方法，其特征在于，包括：(1)构建领航者
‑
AUH的动力学模型及参数化参考路径；(2)设计领航者的轨迹跟踪控制率时引入参数化路径，并使用有限时间状态扩张观测器估计动力学集总不确定性，保证观测误差在有限时间内收敛；(3)将有限时间预设性能控制方法引入到跟随者的控制率中；(4)在跟随者的控制率中使用RBFNN逼近动力学不确定性；(5)设计基于经验的编队构型保持控制率，实现跟随者对领航者的精确跟踪以保持编队构型。2.根据权利要求1所述的有限时间框架下的AUH编队协同控制方法，其特征在于，步骤(1)中，领航者
‑
AUH的动力学模型表示为：AUH的动力学模型表示为：式中，χ0＝M
‑1[
‑
C(v0)v0‑
D(v0)v0‑
Δ(η0，v0)]表示集总不确定性；J(η
i
)表示世界坐标系和体坐标系之间的坐标转换矩阵，C(v
i
)表示具有不确定性的科氏力和向心力矩阵，D(v
i
)表示具有不确定性的水动力阻尼矩阵，Δ(η
i
，v
i
)表示系统的未建模动力学部分，τ
i
∈R6表示控制输入；表示在世界坐标系下的位移和航向偏角，其中，x
i
，y
i
，z
i
分别表示AUH在世界坐标系x轴、y轴和z轴的坐标值，θ
i
，ψ
i
分别表示AUH在世界坐标系下的翻滚角、俯仰角和偏航角；v
i
＝[u
i
，υ
i
，w
i
，p
i
，q
i
，r
i
]
T
表示在体坐标系下的线速度和角速度，其中，u
i
，υ
i
，w
i
分别表示AUH在体坐标系下沿x轴、y轴和z轴的速度，p
i
，q
i
，r
i
分别表示AUH在体坐标系下的翻滚角速度、俯仰角速度和偏航角速度；M表示包含附加质量的惯性矩阵；下标i表示第i个AUH智能体，其中0表示领航者
‑
AUH，1，2，...，N分别代表跟随者
‑
AUH；表示η0对时间的一阶导数，表示v0对时间的一阶导数。3.根据权利要求1所述的有限时间框架下的AUH编队协同控制方法，其特征在于，步骤(1)中，参数化参考路径表示为：式中，x
ro
(σ)，y
r0
(σ)，z
ro
(σ)分别表示参数化参考路径在世界坐标系x轴、y轴和z轴的参考坐标值；θ
r0
(σ)，ψ
r0
(σ)分别表示参数化路径在世界坐标系下的参考翻滚角、俯仰角和偏航角；σ(t)为路径的参数变量。4.根据权利要求2所述的有限时间框架下的AUH编队协同控制方法，其特征在于，步骤(2)中，有限时间状态扩张观测器设计为式中，函数sig()定义为sig
α
(m)＝sign(m)|m|
α
，其中为符号函数，m为观测器增益，β1∈(0，1)为调节参数，和分别表示η0、v0和χ0的估计值，和分别
表示和的一阶导数，表示η0的估计误差，计算为5.根据权利要求4所述的有限时间框架下的AUH编队协同控制方法，其特征在于，步骤(2)中，领航者的轨迹跟踪控制率的设计过程如下：领航者的跟踪误差表示为z
1，0
＝η0‑
η
r，0
(σ)其导数计算为式中，为理想路径参数更新率，p为外部引入的路径更新控制变量，满足关系选取v0为虚拟控制量，虚拟控制率α0设计为式中，K
1，0
为正定增益对角矩阵；路径参数控制变量的更新率设计为式中，k
p
&...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄豪彩，宋子龙，吴哲远，王卿，谢苗苗，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：