一种带有输入制造技术

本发明专利技术提供一种带有输入

【技术实现步骤摘要】
一种带有输入/状态量化的无人船舶航迹跟踪控制方法


[0001]本专利技术涉及人工智能
，具体而言，尤其涉及一种带有输入
/
状态量化的无人船舶航迹跟踪控制方法
。

技术介绍

[0002]水面无人船舶
(Unmanned Surface Vehicle
，
USV)
的航迹跟踪控制一直是业界学者研究探讨的重要方向
。
但现有的研究大多只考虑了如何提高船舶航迹跟踪控制的准确性
、
快速性和稳定性，但在航海实践中，海上通讯带宽受限，为保证控制信号在带宽受限的通信信道传输内正常运行，考虑带有状态及输入量化的船舶航迹跟踪控制更具有航海实践意义
。
[0003]量化是将连续信号转化为一组离散符号或整数值的过程
。
量化控制的相关研究已引起学者们的兴趣
。
但大多对于带有输入量化和状态量化的非线性控制系统的研究，并未提供兼具系统性且通用性的闭环系统稳定性判定及量化误差考量方法
。
此外，目前尚缺少对于具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种带有输入
/
状态量化的无人船舶航迹跟踪控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、
采用均匀量化器对控制系统中的状态变量和控制输入进行量化处理，利用扩张状态观测器估计量化后的状态反馈信息以及系统中的不确定项；
S2、
将反步法与动态面控制技术相结合，利用
ESO
的状态观测结果设计系统控制律；
S3、
基于
Lyapunov
稳定性理论，证明扩张状态观测器的观测误差，以及闭环控制系统中量化变量和非量化变量之间误差的有界性，并最终证明所设计的基于扩张状态观测器的带有状态量化和输入量化的无人船舶航迹跟踪控制系统的稳定性
。2.
根据权利要求1所述的带有输入
/
状态量化的无人船舶航迹跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤
S1
具体包括：
S11、
考虑到船舶在一个二维的水平面运动，在研究船舶的航迹跟踪控制时，忽略横摇
、
纵摇和垂荡运动对船舶的影响，只考虑船舶的横荡
、
纵荡和艏摇运动，构建无人船舶航迹控制数学模型为：式中，
[x,y]
Τ
和分别为惯性坐标系下船舶的位置和艏摇角；
ν
＝
[u,v,r]
Τ
∈R3，
u,v,r
分别为附体坐标系下船舶的前向速度
、
横向速度和艏揺角速度；
τ
＝
[
τ
u
,
τ
v
,
τ
r
]
Τ
∈R3为系统控制输入，
Q(
τ
)
＝
[Q(
τ
u
),Q(
τ
v
),Q(
τ
r
)]
Τ
为控制输入
τ
的量化值；
δ
∈R3为未知扰动；为旋转矩阵，为旋转矩阵，为旋转矩阵，
c1＝
m
22
v+m
23
r
，
c2＝
m
11
u
，
d
11
(u)
＝
‑
(X
u
+X
u|u|
|u|+X
uuu
×
u2)
，
d
22
(v,r)
＝
‑
(Y
v
+Y
v|v|
|v|+Y
v|r|
|r|)
，
d
23
(v,r)
＝
‑
(Y
r
+Y
r|v|
|v|+Y
r|r|
|r|)
，
d
32
(v,r)
＝
‑
(Z
v
+Z
v|v|
|v|+Z
v|r|
|r)
，
d
33
(v,r)
＝
‑
(Z
r
+Z
r|v|
|v|+Z
r|r|
|r|)
，
m
为
USV
的质量，质量，和为附加质量，
X
u
，
X
u|u|
，
Y
v
，
Y
v|v|
，
Y
v|r|
，
Y
r
，
Y
r|v|
，
Y
r|r|
，
Z
v
，
Z
v|v|
，
Z
v|r|
，
Z
r
，
Z
r|v|
，
Z
r|r|
和
X
uuu
为水动力参数，
x
g
为
USV
的重心，
I
Z
为关于垂直轴的惯性矩；
S12、
定义
F
＝
[F
u
,F
v
,F
r
]
Τ
∈R3表示模型中的不确定项：
F
＝
M
‑1(
‑
C(
ν
)
ν
‑
D(
ν
)
ν
+
δ
)
则船舶的数学模型简化为：
S13、
将所有状态变量
x1,x2以及控制输入
τ
u
,
τ
v
,
τ
r
均采用均匀量化器进行量化：
式中，
χ
为正常数，表示量化步长；
L1＝
χ
，
L
i+1
＝
L
i
+
χ
；经过量化后，状态变量和输入变量
s
变为
Q(s),
这一过程会产生量化误差，量化误差
s
‑
Q(s)
满足
|s
‑
Q(s)|≤
χ
；
S14、
假设不确定项
F
为未知连续函数，其时间导数存在且有界，存在正常数
F
*
满足
S15、
横向速度
v
满足
|v|≤v
*
，其中
v
*
为正...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁君，王雨，马一帆，张军，刘陆，彭周华，李铁山，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：