[發(fā)明專利]一種基于有限時間不確定觀測器的多無人船編隊固定時間控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010664276.5
• 申請日: 2020-07-10
• 公開（公告）號: CN111752280B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發(fā)明（設計）人: 王寧;王仁慧;李賀;李仲昆;楊毅;薛皓原;魯挺
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

1.一種基于有限時間不確定觀測器的多無人船編隊固定時間控制方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、基于未知擾動和未建模動態(tài)，構建無人船編隊系統(tǒng)中的領航船、跟隨船數(shù)學模型以及編隊模型；

S2、將外界未知擾動項和未知水動力系數(shù)項視為集總不確定項，設計有限時間不確定觀測器，對包含所述集總不確定項的無人船編隊系統(tǒng)進行精準而快速的觀測和補償；

S3、將固定時間控制思想融入至非奇異終端滑模技術，設計具有完全固定時間穩(wěn)定特性的非奇異終端滑模；所述步驟S3具體包括：

S31、基于所述步驟S21中構建的編隊跟蹤控制模型，設計非奇異終端滑模，如下：

其中，ι_i,1,ι_i,2＞0，κ_i,1＞1，g(η_i,0)表示一個分段函數(shù)，將g(η_i,0)設計成如下形式：

其中，ε是一個很小的正常數(shù)，α_i,1,α_i,2,β_i,1,β_i,2滿足如下關系：

其中，0＜m_i,1＜1，α_i,2＞α_i,1＞1；

S32、計算所述g(η_i,0)的導數(shù)，如下：

S33、計算所述非奇異終端滑模的時間導數(shù)，如下：

S4、基于所述有限時間不確定觀測器和所述非奇異終端滑模，設計固定時間無人船編隊控制策略。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于有限時間不確定觀測器的多無人船編隊固定時間控制方法，其特征在于，所述步驟S1具體包括：

S11、基于未知擾動和未建模動態(tài)，構建無人船編隊系統(tǒng)中的領航船、跟隨船數(shù)學模型，如下：

其中，η_i＝[x_i,y_i,ψ_i]^T為無人船的位置矢量，(x_i,y_i)為無人船的位置，ψ_i為無人船的航向角；ν_i＝[u_i,v_i,r_i]^T為無人船的速度矢量，(u_i,v_i)為無人船的線速度，r_i為無人船的角速度；R(ψ_i)為地球固定坐標系和附體坐標系之間的旋轉矩陣；并且R(ψ_i)具有如下幾個性質：

R^T(ψ_i)S(r_i)R(ψ_i)＝R(ψ_i)S(r_i)R^T(ψ_i)＝S(r_i)

其中，S(r_i)為反對稱矩陣，滿足：

另外，表示慣性矩陣，N(η_i,v_i)＝-C(v_i)v_i-D(v_i)v_i，N(η_i,v_i)表示未知海況下無人船未知水動力特性i＝0為領航船數(shù)學模型，i＝1,2,3Ln為跟隨船數(shù)學模型；η_i,v_i分別表示領航船或跟隨船運動的位置和速度向量；C(v_i)＝-C(v_i)^T表示斜對稱矩陣，D(v_i)表示阻尼矩陣，τ_i為領航船或跟隨船的控制輸入；δ_i＝M_iR^T(ψ_i)d_i(t)為外部擾動；d_i＝[d_i,1,d_i,2,d_i,3]^T為外界環(huán)境未知擾動，其中，M_i、C(v_i)、D(v_i)分別滿足以下條件：

其中，c₁₃(v_i)＝-m_i11v_i-m_i23r_i，d₁₁(v_i)＝-X_iu-X_|iu|iu|u_i|-X_iuiuiuu_i²，

d₂₂(v_i)＝-Y_iv-Y_|iv|iv|v_i|，d₃₂(v_i)＝-N_iv-N_|iv|iv|v_i|-N_|ir|iv|r_i|，c_i23(v_i)＝-m_i11u_i；

d₃₃(v_i)＝-N_ir-N_|iv|ir|v_i|-N_|ir|ir|r_i|，m_i表示無人船的質量，I_iz表示艏搖旋轉的慣量力矩；

S12、考慮如下期望軌跡：

其中，Z(η_d,v_d)＝-C(v_d)v_d-D(v_d)v_d，τ_d＝[τ_d1,τ_d2,τ_d3]^T為期望的控制輸入，η_d＝[x_d,y_d,ψ_d]^T和v_d＝[u_d,v_d,r_d]^T分別表示期望的位置向量和速度向量；

S13、引入輔助變量ω_i,ω_d：

其中，ω_i＝[ω_i,1,ω_i,2,ω_i,3]^T,ω_d＝[ω_d,1,ω_d,2,ω_d,3]^T，R_i＝R(ψ_i)，R_d＝R(ψ_d)。