[發明專利]一種基于單目視覺的水面航行器有限時間連續控制方法

有效

• 申請號: 202010147230.6
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111338347B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 王寧;何紅坤;李春艷
• 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: 姜威威;李洪福

1.一種基于單目視覺的水面航行器有限時間連續控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：通過單目相機獲取視覺特征點的實際圖像和期望圖像，利用單應性分解技術對水面航行器在慣性坐標系下的位姿誤差進行恢復，并以此構建單目視覺伺服系統的運動學和動力學一般化模型；

S2：利用歐拉-拉格朗日旋轉矩陣將航行器速度變換到慣性坐標系下表示，并據此變量設計非奇異積分終端滑模面，以解決非匹配視覺不確定量自適應問題；

S3：設計有限時間擾動觀測器，對動力學中的匹配擾動進行精準觀測；

S4：在連續有限時間單目視覺伺服控制方法中，引入指數冪次趨近律，設計連續有限時間單目視覺伺服控制器，所設計的控制器如下：

式中，K_i＝diag(k_i¹,k_i²,k_i³)＞0，i＝3,4，γ∈(0,1)為用戶自定義常量；

在控制輸入連續的前提下，實現整個伺服系統的調節誤差有限時間收斂。

2.根據權利要求1所述的一種基于單目視覺的水面航行器有限時間連續控制方法，其特征還在于：在慣性坐標系下恢復水面航行器的位姿誤差，并以此構建的單目視覺伺服系統一般化模型如下：

其中，η_d:＝[η_d¹,η_d²,η_d³]^T＝[η_x,η_y,η_ψ]^T是采用單應性分解技術在慣性坐標系下恢復的位姿誤差向量，K_d＝diag(1/d,1/d,1)＞0，d是未知的圖像深度，是旋轉矩陣，v＝[u,v,r]^T是航行器運動速度向量，是慣性矩陣，f(v)是未知的系統內部力，τ_δ＝MR^T(η_ψ)δ(t)是未知的外部干擾，τ:＝[τ_u,τ_v,τ_r]^T是控制輸入向量。

3.根據權利要求1所述的一種基于單目視覺的水面航行器有限時間連續控制方法，其特征還在于：在慣性坐標系下表示航行器運動速度向量，并據此設計的非奇異積分終端滑模面如下：

其中，ω＝R(ψ)ν是航行器速度在慣性坐標系下的表示，K_i＝diag(k_i¹,k_i²,k_i³)＞0，i＝1,2，β₁∈(0,1)，β₂＝2β₁/(1+β₁)，均為用戶自定義常量，計算符號

4.根據權利要求1所述的一種基于單目視覺的水面航行器有限時間連續控制方法，其特征還在于：所述有限時間擾動觀測器設計如下：

式中，是觀測器輸出向量，λ_i＞0，i＝0,1,2，L＝diag(l₁,l₂,l₃)，l_j＞0，j＝1,2,3，是用戶自定義常量。