CN115390564B 用于欠驱动水面无人船舶的编队控制方法、介质及设备 （江南造船(集团)有限责任公司）

用于欠驱动水面无人船舶的编队控制方法、随船的速度信息都不可知以及模型的不确定性2船舶的自由度运动采用大地坐标系和船体坐标系，每艘无人船舶的运动学方程为：dwuwvwr分别表示外界扰动作用在无人船舶c23定义跟随船对领航船的视距ρL和视线角λL；设领航船和跟随船的位置向量分别为ηL和在步骤1)中，所述自适应控制律利用领航船的位置和艏摇角，的视距ρL和视线角λL跟踪期望的ρLd和λLd，首先计算领航船和跟随船间的相对运动学方程，并根据跟随船的视距误差ρLe和视线角误差λLe，设计所述跟随船运动学虚拟控制律：和其中，kρ和kλ是3跟随船的视距误差ρLe和视线角误差λLe的导数根据相对运动学方程和误差导数方程设计所述跟随船运动αu和αψ即为所述跟2)利用步骤1)中的跟随船运动学虚拟控制律4)在跟随船不确定模型和受到外界扰动情况下镇定前进速度误差ue和艏摇角速度误差控制律，基于RBF神经网络和最小参数学习算法，为跟随船构建自适应输出反馈编队控制4=r-by3)中，令步骤2)中的跟随船艏摇方向虚拟控制律αr通过时间常数为Tr的一阶滤波器，得到T2=Z-,其中常数β>0并且是一个有界的变量，那么有：S(⃞=S(Z)-Gr,其中Gt是一个有界的函数向量；si(们)=si(v)-isn其中θi和pi定义为：5现权利要求1至4中任一项所述的用于欠驱动水面无人船舶存储器及处理器，所述存储器存储有计算机程序，该程序被处理器执6人船舶编队控制方法会由于模型失配造成编队控制性能下降；另一方面也会干扰原始的时存在于动态模型内的高度非线性和强耦合性，导致控制器设计较为复杂，简单的控制[0006]本申请实施例的目的在于提供一种用于欠驱动水面无人船舶的编队控制方法，在欠驱动领航船和跟随船的速度信息都不可知，并且具有不确定模型和未知外界扰动的[0007]本申请实施例的另一目的还在于提供一种实现上述用于欠驱动水面无人船舶的7[0008]本申请实施例的另一目的还在于提供一种实现上述用于欠驱动水面无人船舶的[0011]2)利用步骤1)中的跟随船运动学虚拟控制律和跟随船前进方向虚拟控制律，采[0013]4)在跟随船不确定模型和受到外界扰动情况下镇定前进速度误差ue和艏摇角速[0015]船舶的自由度运动采用大地坐标系和船体坐标系，每艘无人船舶的运动学方程dwuwvwr分别表示外界扰动作用在无人船r是无人船舶模型中的惯性力系数，c13[0022]定义跟随船对领航船的视距ρL和视线角λL；设领航船和跟随船的位置向量8分别为ηL和η,他们的速度向量分别表示为νL和ν,则视距ρL和视线角λL分别定义为：虚拟控制律：i,=kopue-pua+和其所述跟随船前进方向虚拟控制律基于领航船舶和跟随船之间的相对运动学、跟随船的视距误差ρLe和跟随船的视线角误差λLe，领航船和跟随船间λL)+vL[0034]一种可能实施的方案中，对步骤1)中的虚拟运动学控制律和进行处理，令i,=qucos(ay-A1),iz=ausin(avy-A),其中αu和αψ分别为u和ψ的虚拟控制律：αu和αψ即为所述跟随船9ψ2=Z-,其中常数β>0并且是一个有界的变量，那么[0060]si(v)=si(v)-isu[0065]p:=2+IIsi())ll视线角信息通过在跟随船上配备航海雷达直执行时实现第一方面任一可能实施方案中所述的用于欠驱动水面无人船舶的编队控制方领航船的预设编队布局。考虑欠驱动领航船和跟随船的速度信息都不可知以及模型的不确定性和未知外界扰动的情况，不仅增强了多船编队系统抑制不确定模型和外界扰动的[0076]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的[0080]因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保述术语在本申请中的具体含义。[0082]根据本申请的第一方面，首先提供了一种用于欠驱动水面无人船舶的编队控制dwuwv方向的力矩。由于无人船舶是欠驱动的，所以无人船舶模型的横漂方向上没有执行器输向量分别为ηL和η,他们的速度向量分别表示为νL和ν。跟随船对领航船舶的视距ρL和视线角λL分别定义为和其中，tan_1是正切函数[0101]p,=-uλL)+vL[0108]接下来，根据相对运动学方程和误差求导方程设计如下跟随船运动学虚拟控制kλ是控制增益，∈1和∈2是正常数，改进的自适应控制律为i-ppQU=cos(ay-21)i,+sin(ay-21)i4:αu和αψ即为所述跟随船前进方向虚拟控制律。[0113]令跟随船前进方向虚拟控制律αu和αψ分别通过两个时间常数为Tu和Tψ的一阶滤ψ[0120]=r-制律、神经网络近似技术和最小参数学习算法，为跟随船设计自适应输出反馈编队控制[0123]首先令步骤2)中的跟随船艏摇方向虚拟控制律αr通过时间常数为Tr的一阶滤波r[0127]其次，高增益观测器可用来在无人船舶具有不确定性动力学和受到外界扰动情[0137]步骤4)在跟随船不确定模型和受到外界扰动情况下镇定前进速度误差ue和艏摇[0139]对于高斯基函数，如果2=z-v,其中常数β>0并且是一个有界的变量，那么[0141]si(v)=si(v)-isu[0146]p:=2+IIsi())ll是通过在跟随船上配备航海雷达直接获取的，该方案中跟随船舶不采用领航船艏摇角信[0153]针对存在模型不确定性和外部环境扰动时的欠驱动无人船舶领随结构编队队形保持和平移运动控制问题，本申请提出的一种用于欠驱动水面无人船舶的自适应输出反[0156]编队控制方法考虑欠驱动领航船和跟随船的速度信息都不可知以及模型的不确该程序被处理器执行时实现第一方面实施例中所述的用于欠驱动水面无人船舶的编队控所述存储器存储有计算机程序，该程序被处理器