【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及多无人船编队控制领域，具体涉及一种在领导者非线性情况下的多无人船系统的分布式量化跟踪控制方法。
技术介绍
1、随着当前世界人口剧增、环境恶化、陆地资源日趋枯竭，人类越来越认识到开发利用丰富的海洋资源是人类社会生存和持续发展的物质基础和环境条件。海平面以下压力巨大，作业环境恶劣，人们需要借助无人船来进行海洋探测、开发等作业。无人船的主要特点就是它们可以在复杂的海洋环境中，无需人类干预自主的完成导航、避障、发现目标以及完成作业等一系列任务。因此，对无人船的研究不仅有重要的经济意义，在军事领域也有迫切需要。
2、目前，无人船常用的控制策略包括分布式控制和集中式控制。分布式控制将控制任务分配给各个无人船，各个无人船根据相邻无人船的状态信息进行控制；集中式控制则由一个中心控制器负责控制所有无人船的运动。相比于集中式控制，分布式控制方法具有更好的系统可靠性、鲁棒性，能够降低通信负担，但也需要克服一些困难，例如如何设计合适的控制策略、如何进行信息交换和通信等。
3、在实际应用中，无人船控制面临着复杂的环境和任务需求，如不确定性、非线性约束和动态变化等。另外，无人船控制系统通常需要处理大量的传感器数据和控制指令，并生成相应的控制信号。这些挑战需要通过先进的控制算法和技术来解决。
4、近年来，无人船系统的规模不断扩大，作业环境也日益复杂，许多个体会共用一个信号传输通道(有线或无线)，此时传输通道带宽的约束便成了制衡控制效果的一个重要因素。因此要尽可能地减少信号传输，因为水下传输通道的带宽严重受限，
5、目前暂无考虑非线性领导者情况下的多无人船系统的分布式量化跟踪控制方法，尤其是考虑到实际情况中对无人船系统稳定性以及通信负荷方面的限制等，因此其仍然是该领域的一个重要问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种在领导者非线性情况下的多无人船系统的分布式量化跟踪控制方法，所提出的控制器可以保证实现多无人船的跟踪误差均能收敛到零附近的小邻域内。将非线性不确定性、非线性输入、量化考虑在一起，具有广泛的适用性。
2、本专利技术首先提供了一种在领导者非线性情况下的多无人船系统的分布式量化跟踪控制方法，包括：
3、步骤1，构建多无人船的不确定非线性的系统模型，初始化系统状态、采样时间以及控制参数，所述系统模型包括多无人船动力学模型和多无人船运动学模型，系统模型中存在三个未知状态变量，分别为无人船的横坐标、纵坐标和偏航角；
4、步骤2，根据实际应用场景中的非线性无人船领导者轨迹参数，为多无人船不确定非线性的系统模型构建由自治非线性外系统产生的领导者轨迹；
5、步骤3，基于多无人船的通信拓扑，构建自适应分布式观测器，所述自适应分布式观测器用于生成每个无人船的期望轨迹；
6、步骤4，在多无人船运动学模型、动力学模型和自适应分布式观测器的基础上，构建具有量化的分散式跟踪控制器，所述分散式跟踪控制器用于控制每个无人船并使无人船跟踪上对应期望轨迹；
7、步骤5，采用所述自适应分布式观测器实时生成每个无人船的期望轨迹，利用具有量化的分散式跟踪控制器得到每个无人船的量化控制信号，进而对所述多无人船进行自适应控制下的跟踪控制。
8、本专利技术还提供了一种上述跟踪控制方法的控制装置，包括：
9、第一构建模块，用于构建多无人船的不确定非线性的系统模型；
10、第二构建模块，用于为多无人船不确定非线性的系统模型构建由自治非线性外系统产生的领导者轨迹；
11、第三构建模块，用于在多无人船的通信拓扑的基础上构建自适应分布式观测器；
12、第四构建模块，用于多无人船动力学模型和自适应分布式观测器的基础上构建具有量化的分散式跟踪控制器；
13、控制模块，用于采用所述自适应分布式观测器和所述分散式跟踪控制器对所述多无人船进行自适应控制下的跟踪控制。本专利技术还提供了一种电子设备，包括：
14、存储器，用于存储程序；
15、处理器，用于执行存储器中存储的程序；
16、所述程序被所述处理器执行时实现上述一种在领导者非线性情况下的多无人船系统的分布式量化跟踪控制方法。
17、本专利技术进一步提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令所述计算机指令被处理器执行时实现上述多无人船系统的分布式量化跟踪控制方法的步骤。
18、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
19、1)与传统方法相比，本专利技术的分散式控制器具有显著的优势。首先，该控制器是光滑的，避免了传统方法中常用的符号函数sign所带来的抖动现象。抖动现象在控制系统中是一种不稳定和不可预测的震荡行为，可能导致系统性能下降甚至失效。通过使用光滑的控制器，本专利技术有效地消除了这种不稳定性，从而提高了系统的稳定性和可靠性。
20、2)本专利技术将非线性领导者引入无人船协同时变编队的控制中。在此领域的研究中，大多数方法都假设领导者是线性的。然而，实际应用中，许多领导者系统都具有复杂的非线性特性。本专利技术通过引入非线性领导者，使得控制系统能够更好地应对不确定性和扰动，从而提高了控制的鲁棒性和可靠性。
21、3)本专利技术还在控制器中引入了量化器，将量化器应用于无人船控制上。在此之前，很少有研究将量化器应用于无人船控制系统中。通过引入量化器，可以将连续信号离散化为有限的离散值，从而减少了信息传输和处理的复杂性。这降低了通信带宽的需求，并减轻了计算负载，提高了系统的实时性和响应性能。此外，本专利技术使用的新型量化器结合了对数量化器和通用量化器的优缺点，可以同时兼顾系统的控制性能和信号的传输代价。
22、4)本专利技术的另一个重要特点是采用分布式控制方法，不依赖全局信息。分布式控制减少了系统的通信负荷和计算复杂性。每个无人船只需与其周围的邻近无人船进行信息交换，无需获取全局信息，从而减少了通信开销和计算负荷，这提高了系统的实时性和响应性能。
23、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
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1.一种在领导者非线性情况下的多无人船系统的分布式量化跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤1中构建多无人船的不确定非线性的系统模型，包括：
3.根据权利要求2所述的跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤2中，领导者的位置向量v＝[x0，y0，ψ0]T，其中x0，y0，ψ0分别表示领导者的横坐标、纵坐标和偏航角，为领导者的位置向量v对时间的导数，其满足：
4.根据权利要求2所述的跟踪控制方法，其特征在于，步骤3中，自适应分布式观测器设计如下：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤4中分散式跟踪控制器表示为：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤4中将对上述分散式跟踪控制器进行量化，设计量化器qs(u)如下：
7.一种实现权利要求1所述跟踪控制方法的控制装置，其特征在于，包括：
8.一种电子设备，其特征在于，包括：
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现权
...【技术特征摘要】
1.一种在领导者非线性情况下的多无人船系统的分布式量化跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤1中构建多无人船的不确定非线性的系统模型，包括：
3.根据权利要求2所述的跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤2中，领导者的位置向量v＝[x0，y0，ψ0]t，其中x0，y0，ψ0分别表示领导者的横坐标、纵坐标和偏航角，为领导者的位置向量v对时间的导数，其满足：
4.根据权利要求2所述的跟踪控制方法，其特征在于，步骤3中，自适...
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