【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无人艇控制算法，具体涉及一种面向无人艇运动控制的动态约束滑模控制方法。
技术介绍
1、无人艇在海洋执行航行任务过程中，可能会受到风浪的影响，导致无人艇偏航而无法正常完成航行任务。因此无人艇航速航向与动力定位算法需要在风浪干扰的情况下通过实时控制航速航向来减小无人艇偏航的程度，从而实现无人艇的航速航向的自动控制和动力定位的目的。
2、在复杂的海洋环境下，以控制算法和优化算法为基础的无人艇航速航向与动力定位算法得到了广泛的应用，控制算法主要包括pid控制算法，lqr控制算法，滑模控制算法等，pid和lqr算控制算法均为线性控制算法，具有易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点，滑模控制算法能够克服系统的不确定性，对干扰和未建模动态具有很强的鲁棒性，尤其是对非线性系统的控制具有良好的控制效果，因此适合用于无人艇的控制。优化算法主要包括：tdo(tasmanian devil optimization，袋獾优化算法)、aco(ant colony optimization，蚁群算法)、pso(particle swarm optimization，粒子群算法)，ga(genetic algorithm，遗传算法)等，其中袋獾优化算法常用于单目标多参数寻优问题的求解，它的优点是运行效率高，误差低等优点，但是它实现复杂，粒子群算法也常用于单目标多参数寻优问题的求解，它的优点是运行效率高，易于实现，但是有误差高的缺点。
技术实现思路
1、本专利技术
2、本专利技术采用如下技术方案：一种面向无人艇运动控制的动态约束滑模控制方法，针对航行控制器下达的指令，执行以下步骤，完成无人艇航速航向与动力定位控制：
3、步骤s1、根据航行控制器下达的运动控制指令，判断是否需要实现动力定位，得到无人艇预期航速航向信息或预期位置信息；
4、步骤s2、如果需要实现动力定位，计算无人艇当前位置与预期位置之间的位置误差，建立无人艇预期航速航向与位置误差的动态方程，根据位置误差建立滑模面，根据李雅普诺夫方程和无人艇预期航速航向与位置误差的动态方程确定无人艇预期航速航向，并计算当前航速航向与预期航速航向的误差；
5、如果不需要实现动力定位，则计算无人艇当前航速航向与岸端预期的航速航向的误差；
6、步骤s3、计算无人艇当前航速航向与预期航速航向的误差，判断误差是否小于预期误差，如果大于预期误差，则建立无人艇动力系统的动态方程，根据误差和无人艇动力系统的动态方程建立滑模面，使用滑模控制算法控制无人艇三个自由度上的推力和力矩，并引入可变滑模控制器参数控制误差；
7、步骤s4、根据滑模控制算法输出的无人艇预期总推力，使用基于单目标多参数评价函数的tdo算法，实现预期总推力的推力分配，将预期总推力分配到无人艇各个推进器上执行，将输出的实际总推力代入无人艇动力学方程获得无人艇实时的航速航向与实时位置。
8、本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
9、1、本专利技术面向无人艇运动控制的动态约束滑模控制方法，针对滑模控制器输出的无人艇预期总推力超出推进器能效范围的问题，对滑模控制器中的误差值与可变参数相乘，当误差值大时，减小控制参数，从而减小控制输出；进一步对滑模制器输出的预期总推力使用tdo算法进行推力分配，输出各个推进器的推力和推进器角度。
10、2、本专利技术面向无人艇运动控制的动态约束滑模控制方法，针对无人艇在航行过程中遇到的因风浪而导致的位置偏移以及定速定向效果未达到预期的问题，通过使用动态约束滑模控制算法来控制航速航向，实现了对无人艇耦合控制系统的控制，使用基于tdo的推力分配算法来控制无人艇的推进器运动，提高了推力分配的运算效率，增强了算法的适用性。
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1.一种面向无人艇运动控制的动态约束滑模控制方法，其特征在于，针对航行控制器下达的指令，执行以下步骤S1至步骤S4，完成无人艇航速航向与动力定位控制：
2.根据权利要求1所述的面向无人艇运动控制的动态约束滑模控制方法，其特征在于，步骤S1中，根据航行控制器下达的运动控制指令，判断是否是动力定位指令，如果是动力定位指令，则获取无人艇预期定位点的二维位置xd和yd，如果不是动力定位指令，则获得预期的无人艇纵向航速ud，横向航速vd，航向
3.根据权利要求2所述的面向无人艇运动控制的动态约束滑模控制方法，其特征在于，步骤S2中，无人艇当前位置与预期位置之间的误差ηe为：
4.根据权利要求1所述的面向无人艇运动控制的动态约束滑模控制方法，其特征在于，步骤S3中，建立无人艇动力系统的动态方程，如下式：
5.根据权利要求1所述的面向无人艇运动控制的动态约束滑模控制方法，其特征在于，步骤S3中，无人艇的三个自由度，包括：无人艇纵向的航速、横向的航速、艇艏向的航向角；使用滑模控制算法控制无人艇在三个自由度上的推力和力矩，并引入可变滑模控制器参数对误
6.根据权利要求1所述的面向无人艇运动控制的动态约束滑模控制方法，其特征在于，步骤S4中，使用基于TDO算法的推力分配算法实现无人艇预期总推力分配，根据无人艇动力学方程计算无人艇实时航速航向与实时位置，具体步骤如下：
7.根据权利要求6所述的面向无人艇运动控制的动态约束滑模控制方法，其特征在于，步骤S41中，无人艇推进器推力和无人艇在三自由度上的受力之间的关系式，具体如下：
8.根据权利要求7所述的面向无人艇运动控制的动态约束滑模控制方法，其特征在于，步骤S43中，通过TDO算法和适应度函数，计算无人艇三自由度上推力和力矩最优解，步骤如下：
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现权利要求1至8中任一项所述的面向无人艇运动控制的动态约束滑模控制方法中的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种面向无人艇运动控制的动态约束滑模控制方法，其特征在于，针对航行控制器下达的指令，执行以下步骤s1至步骤s4，完成无人艇航速航向与动力定位控制：
2.根据权利要求1所述的面向无人艇运动控制的动态约束滑模控制方法，其特征在于，步骤s1中，根据航行控制器下达的运动控制指令，判断是否是动力定位指令，如果是动力定位指令，则获取无人艇预期定位点的二维位置xd和yd，如果不是动力定位指令，则获得预期的无人艇纵向航速ud，横向航速vd，航向
3.根据权利要求2所述的面向无人艇运动控制的动态约束滑模控制方法，其特征在于，步骤s2中，无人艇当前位置与预期位置之间的误差ηe为：
4.根据权利要求1所述的面向无人艇运动控制的动态约束滑模控制方法，其特征在于，步骤s3中，建立无人艇动力系统的动态方程，如下式：
5.根据权利要求1所述的面向无人艇运动控制的动态约束滑模控制方法，其特征在于，步骤s3中，无人艇的三个自由度，包括：无人艇纵向的航速、横向的航速、艇艏向的航向角；使用...
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