[發(fā)明專(zhuān)利]一種無(wú)人水面艇的擾動(dòng)補(bǔ)償控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710364373.0
• 申請(qǐng)日: 2017-05-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107121928B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴詩(shī)陸;彭云根;王敏;李烈軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/04;G05D1/02
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.一種基于誤差符號(hào)魯棒積分的無(wú)人水面艇擾動(dòng)補(bǔ)償控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟(1)、建立無(wú)人水面艇的動(dòng)態(tài)模型，并考慮該模型具有動(dòng)態(tài)模型不確定性且受到風(fēng)浪流外界時(shí)變干擾的影響；

步驟(2)、通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程轉(zhuǎn)換，得到以大地為直角坐標(biāo)系的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程：

其中，η為無(wú)人水面艇的位置和偏航角的輸出，為η的導(dǎo)數(shù)，為η的二階導(dǎo)數(shù)，ν為無(wú)人水面艇的速度，為轉(zhuǎn)換慣性矩陣，J^-T(η)為旋轉(zhuǎn)矩陣的轉(zhuǎn)置，M是慣性矩陣，J^-1(η)是旋轉(zhuǎn)矩陣的逆矩陣，為轉(zhuǎn)換后的總科氏力和向心力矩陣，C(v)為總科氏力和向心力矩陣，是旋轉(zhuǎn)矩陣的逆矩陣的導(dǎo)數(shù)，為轉(zhuǎn)換后的阻尼矩陣,D(v)是阻尼矩陣，為轉(zhuǎn)換后的艇體受到的引力和浮力影響的向量，g(η)是艇體受到的引力和浮力影響的向量，代表轉(zhuǎn)換后的模型不確定性及風(fēng)浪流外界時(shí)變干擾項(xiàng)，τ_d(η，v,t)代表模型不確定性及風(fēng)浪流外界時(shí)變干擾項(xiàng)，t表示時(shí)間，為轉(zhuǎn)換后的控制輸入量；

步驟(3)、建立跟蹤誤差方程和輔助誤差方程，具體設(shè)計(jì)為：

其中，η_d為無(wú)人水面艇的參考軌跡，e₁為軌跡跟蹤誤差，e₂為濾波跟蹤誤差，e₃為輔助誤差，為e₁的導(dǎo)數(shù)，為e₂的導(dǎo)數(shù)，α₁為濾波跟蹤誤差的設(shè)計(jì)參數(shù)，α₂為輔助誤差的設(shè)計(jì)參數(shù)；

由于無(wú)人水面艇的加速度在實(shí)際操作中通常不可直接測(cè)量獲得，因而不能作為反饋控制的輸入信號(hào)，將兩邊同時(shí)乘以得到如下開(kāi)環(huán)誤差系統(tǒng)：

其中，為輔助函數(shù)，表示無(wú)人水面艇的參考軌跡的二階導(dǎo)數(shù)；

步驟(4)、基于誤差符號(hào)魯棒積分方法設(shè)計(jì)跟蹤控制器；所述設(shè)計(jì)的跟蹤控制器為：

其中，誤差符號(hào)魯棒積分項(xiàng)μ為：

其中，k_s為誤差積分控制增益，β為誤差符號(hào)積分控制增益，將所設(shè)計(jì)的跟蹤控制器代入開(kāi)環(huán)誤差系統(tǒng)得：

其中，f_e為輔助函數(shù)，對(duì)上式兩邊求導(dǎo)并進(jìn)行適當(dāng)?shù)胤纸獾玫剑?/p>

利用中值定理得：

其中，ρ是一個(gè)正的、可逆的非減函數(shù)，z為誤差向量，為轉(zhuǎn)換慣性矩陣的導(dǎo)數(shù)，為e₃的導(dǎo)數(shù)，為輔助項(xiàng)，為輔助函數(shù)f_e的導(dǎo)數(shù)，為誤差符號(hào)魯棒積分項(xiàng)μ的導(dǎo)數(shù)，為轉(zhuǎn)換后的模型不確定性及風(fēng)浪流外界時(shí)變干擾項(xiàng)的導(dǎo)數(shù)，N_d為的等價(jià)項(xiàng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于誤差符號(hào)魯棒積分的無(wú)人水面艇擾動(dòng)補(bǔ)償控制方法，其特征在于，步驟(1)中無(wú)人水面艇的動(dòng)態(tài)模型為：

其中，η＝[x,y,ψ]^T為無(wú)人水面艇位置和偏航角的輸出，(x,y)為無(wú)人水面艇的位置輸出，x表示大地坐標(biāo)的橫坐標(biāo)，y表示大地坐標(biāo)的縱坐標(biāo)，ψ為偏航角的輸出，ν＝[u,υ,r]^T為無(wú)人水面艇的速度，為無(wú)人水面艇的加速度，u為無(wú)人水面艇的前進(jìn)速度，υ為無(wú)人水面艇的橫蕩速度，r為無(wú)人水面艇對(duì)應(yīng)于ψ的偏航角速度，J(η)是旋轉(zhuǎn)矩陣，M是慣性矩陣，C(ν)是總科氏力和向心力矩陣，D(ν)是阻尼矩陣，g(η)是艇體受到的引力和浮力影響的向量，J(η)、M、C(ν)、D(ν)、g(η)模型已知，τ為控制輸入量。