[發(fā)明專利]一種基于事件觸發(fā)方案和T-S模糊系統(tǒng)的欠驅(qū)動(dòng)無人艇控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911000675.5
• 申請(qǐng)日: 2019-10-21
• 公開（公告）號(hào): CN110673611B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬勇;聶宗強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 劉秋芳;李丹

本發(fā)明公開了一種基于事件觸發(fā)方案和T?S模糊系統(tǒng)的欠驅(qū)動(dòng)無人艇控制方法，包括以下步驟：1)建立考慮網(wǎng)絡(luò)時(shí)延影響下的欠驅(qū)動(dòng)無人艇的運(yùn)動(dòng)模型；根據(jù)運(yùn)動(dòng)模型獲得欠驅(qū)動(dòng)無人艇的非線性系統(tǒng)模型；2)利用T?S方法將非線性系統(tǒng)模型模糊化得到無人艇模糊系統(tǒng)模型；3)事件觸發(fā)方案和T?S模糊控制器協(xié)同設(shè)計(jì)，得到最終的無人艇模糊系統(tǒng)分析模型；4)根據(jù)欠驅(qū)動(dòng)無人艇閉環(huán)控制系統(tǒng)全局穩(wěn)定的線性矩陣不等式，確定無人艇控制系統(tǒng)模型的事件觸發(fā)矩陣W和控制器的增益矩陣K使控制系統(tǒng)穩(wěn)定。本發(fā)明方法能有效地解決欠驅(qū)動(dòng)無人艇鎮(zhèn)定控制問題，同時(shí)，在保證系統(tǒng)性能的前提下，解決通信時(shí)延以及網(wǎng)絡(luò)資源受限問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人艇運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，尤其涉及一種基于事件觸發(fā)方案和T-S模糊系統(tǒng)的欠驅(qū)動(dòng)無人艇控制方法。

背景技術(shù)

信息技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能的發(fā)展使得船舶智能化成為未來的主流趨勢(shì)。無人駕駛和智能控制是實(shí)現(xiàn)船舶智能的重要基礎(chǔ)。欠驅(qū)動(dòng)無人艇的全局穩(wěn)定控制問題，因其挑戰(zhàn)性及其在航海領(lǐng)域內(nèi)廣泛的實(shí)際應(yīng)用，欠驅(qū)動(dòng)無人艇是指在缺少橫向推力的情況下只依靠縱向推力和轉(zhuǎn)向力矩(控制自由度少于運(yùn)動(dòng)自由度)控制運(yùn)動(dòng)的一類船舶。

為了確保實(shí)際應(yīng)用中無人艇的高精度和可靠性，對(duì)無人艇的操控通常是基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的岸基或者母船的控制中心來實(shí)現(xiàn)的。由于通信網(wǎng)絡(luò)的引入會(huì)不可避免的產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延、數(shù)據(jù)包丟失等問題，設(shè)計(jì)一種能處理通信時(shí)延、系統(tǒng)非線性等問題的無人艇控制器是無人艇全局穩(wěn)定控制的重要內(nèi)容之一。Wang.Y.L等針對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)存在網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延和數(shù)據(jù)丟包的無人艇運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了基于觀測(cè)器的無人艇運(yùn)動(dòng)控制器。Ding.F.G等采用反步法和自適應(yīng)滑模法協(xié)同設(shè)計(jì)的控制器，解決了具有未知干擾的欠驅(qū)動(dòng)水面船舶的控制問題，所提出的控制器可以保持系統(tǒng)漸近穩(wěn)定，抑制未知干擾。因此，考慮存在網(wǎng)絡(luò)資源受限的欠驅(qū)動(dòng)無人艇控制系統(tǒng)在受到通信時(shí)延的影響時(shí)，如何建立基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的T-S模糊控制欠驅(qū)動(dòng)無人艇運(yùn)動(dòng)模型具有很大的實(shí)際意義。同時(shí)，基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的事件觸發(fā)方案和T-S模糊控制器的協(xié)同設(shè)計(jì)也是亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種基于事件觸發(fā)方案和T-S模糊系統(tǒng)的欠驅(qū)動(dòng)無人艇控制方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于事件觸發(fā)方案和T-S模糊系統(tǒng)的欠驅(qū)動(dòng)無人艇控制方法，包括以下步驟：

1)建立考慮網(wǎng)絡(luò)時(shí)延影響下的欠驅(qū)動(dòng)無人艇的運(yùn)動(dòng)模型；根據(jù)運(yùn)動(dòng)模型獲得欠驅(qū)動(dòng)無人艇的非線性系統(tǒng)模型；

2)利用T-S方法將非線性系統(tǒng)模型模糊化得到無人艇模糊系統(tǒng)模型；

3)事件觸發(fā)方案和T-S模糊控制器協(xié)同設(shè)計(jì)，得到最終的無人艇模糊系統(tǒng)分析模型；

4)根據(jù)欠驅(qū)動(dòng)無人艇閉環(huán)控制系統(tǒng)全局穩(wěn)定的線性矩陣不等式，確定無人艇控制系統(tǒng)模型的事件觸發(fā)矩陣W和控制器的增益矩陣K使控制系統(tǒng)穩(wěn)定。

按上述方案，所述步驟1)中欠驅(qū)動(dòng)無人艇的運(yùn)動(dòng)模型如下：

其中，u,v,r分別表示無人艇三自由度的橫蕩，縱蕩和艏搖，m₁₁,m₂₂,m₃₃為船體慣性參數(shù)，d₁₁,d₂₂,d₃₃為水動(dòng)力阻尼系數(shù)，τ₁,τ₃分別表示縱向推進(jìn)力和轉(zhuǎn)向力矩，s₁,s₂,s₃表示轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)。

按上述方案，所述步驟1)中根據(jù)運(yùn)動(dòng)模型獲得欠驅(qū)動(dòng)無人艇的非線性系統(tǒng)模型，具體如下：

其中，