【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无人船轨迹跟踪控制，特别涉及一种基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法及系统。
技术介绍
1、无人船艇技术可应用于海洋领域，如海洋运输、资源探测、安防救援、水域清洁等。无人船(unmanned surface vessel,usv)是海洋航行器智能化、自动化的重要体现。近年来，无人船智能化发展在各类传感器及信息技术的发展下进一步加快。无人船控制系统是指船舶通过携带的传感器，对周围环境进行感知并做出决策，以及对船体进行控制的过程，包括艏向、速度和姿态的组合控制。usv的应用前景在军用方面和民用方面都有巨大的体现。
2、相对于有人的水面舰船，usv具有如下优点：1.usv小巧的艇体和无人的特点，使它低廉的成本不仅包含开发制造的费用，还有日常使用的消耗。2.usv的模块化设计，可以在面对不同情况时使用不同的模组，从而能够高效的完成不同任务。3.智能化的控制算法能保证usv的自主航行能力，灵活面对各种状况，从而大大减少人的参与。4.usv的艇体保证其能在内河、浅滩、礁石区等水域活动作业，而且其能源可以使其长时间的不间断工作。
3、无人船的轨迹跟踪控制是无人船实现其他附加功能的基础。轨迹跟踪控制就是指无人船在控制系统的作用下，从初始位置驶入预先规划好的航线，并沿着期望轨迹抵达目的地,且在此过程中能一直保持稳定。然而，由于实际被控系统存在模型参数不确定性、环境具有时变扰动等问题，使得无人船轨迹跟踪控制器设计过程比较繁琐。因此，为了确保无人船能够按要求航行从而完成相关任务，需要精确可靠的航迹跟踪控制算
技术实现思路
1、针对目前无人船系统存在的时变扰动及部分模型参数不确定性的问题，本专利技术提出了一种基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法，以实现对无人船系统位置跟踪控制。
2、本专利技术为了实现上述目的，采用如下技术方案：
3、一种基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法，包括如下步骤：
4、步骤1.建立考虑未知扰动的无人船系统数学模型，其包括无人船的运动学模型和动力学模型；将无人船系统数学模型离散化，得到无人船系统离散数学模型；
5、步骤2.对运动学模型子系统采用反步法设计得到虚拟控制律，并将虚拟控制律代入动力学模型子系统中，采用数据驱动的方法设计得到无人船轨迹跟踪控制器；
6、步骤3.对由无人船轨迹跟踪控制器控制的无人船系统进行稳定性分析；
7、步骤4.利用设计的无人船轨迹跟踪控制器，实现对无人船轨迹的跟踪自适应控制。
8、此外，在基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法的基础上，本专利技术还提出了一种与之对应的基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制系统，其技术方案如下：
9、一种基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制系统，包括如下模块：
10、模型构建模块，用于建立考虑未知扰动的无人船系统数学模型，其包括无人船的运动学模型和动力学模型；将无人船系统数学模型离散化，得到无人船系统离散数学模型；
11、控制器设计模块，用于对运动学模型子系统采用反步法设计得到虚拟控制律，并将虚拟控制律代入动力学模型子系统中，采用数据驱动的方法设计得到无人船轨迹跟踪控制器；
12、稳定性分析模块，用于对由无人船轨迹跟踪控制器控制的无人船系统进行稳定性分析；
13、以及无人船轨迹跟踪自适应控制模块，用于利用设计的无人船轨迹跟踪控制器，实现对无人船轨迹的跟踪自适应控制。
14、此外，在上述基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法的基础上，本专利技术还提出了一种计算机设备，该计算机设备包括存储器和一个或多个处理器。
15、所述存储器中存储有可执行代码，所述处理器执行所述可执行代码时，用于实现上面述及的基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法的步骤。
16、此外，在上述基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法的基础上，本专利技术还提出了一种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，用于实现上面述及的基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法的步骤。
17、本专利技术具有如下优点：
18、与传统的无人船反步跟踪策相比，本专利技术方法针对无人船轨迹跟踪问题提出的控制方法，通过数据驱动方法与反步法结合，共同解决了无人船轨迹跟踪问题，具有良好的鲁棒性。其中，本专利技术通过引入数据驱动(基于紧格式动态线性化cfdl)方法，可以有效减小系统中未知模型参数、不确定扰动所造成的影响，因而具有良好的鲁棒性。与数据驱动轨迹跟踪控制相比，本专利技术控制方法有效地利用无人船模型的结构特点，在简化控制器设计过程的同时保证系统的稳定性。本专利技术方法运用反步法处理系统运动学模型，有效利用模型的结构特点，提高了控制系统的准确性。本专利技术方法运用数据驱动方法处理系统的动力学模型，降低了未知模型参数、不确定扰动所造成的影响，使所设计的控制器更具实际应用价值。
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1.一种基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法，其特征在于，
6.根据权利要求4所述的基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法，其特征在于，
8.一种基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制系统，其特征在于，包括如下模块：
9.一种计算机设备，包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器中存储有可执行代码，其特征在于，所述处理器执行所述可执行代码时，实现如权利要求1至7任一项所述的基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介
...【技术特征摘要】
1.一种基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法，其特征在于，
6.根据权利要求4所述的基于数据驱动的无人船轨迹跟踪自适应控制方法，其特征在于，
7....
【专利技术属性】
技术研发人员：于金鹏，蔡春伟，王维坤，刘加朋，王保防，董元宝，马玉梅，宿俊浩，李通，王晓玲，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：
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