[發(fā)明專利]一種欠驅(qū)動(dòng)無人船時(shí)變編隊(duì)的跟蹤控制方法和系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010980280.2
• 申請(qǐng)日: 2020-09-17
• 公開（公告）號(hào): CN112099506A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董希旺;白文露;任章;于江龍;李清東;韓亮;呂金虎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02;G05D1/08;G05B13/04
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 崔玥

1.一種欠驅(qū)動(dòng)無人船時(shí)變編隊(duì)的跟蹤控制方法，其特征在于，包括：

獲取欠驅(qū)動(dòng)無人船的數(shù)學(xué)模型；

根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型，采用拉普拉斯矩陣構(gòu)建各欠驅(qū)動(dòng)無人船間的拓?fù)渫ㄐ抨P(guān)系；

根據(jù)所述拓?fù)渫ㄐ抨P(guān)系確定所述欠驅(qū)動(dòng)無人船的時(shí)變編隊(duì)，并確定所述時(shí)變編隊(duì)的期望編隊(duì)隊(duì)形和期望航行軌跡；

根據(jù)所述期望編隊(duì)隊(duì)形和所述期望航行軌跡確定所述時(shí)變編隊(duì)中各欠驅(qū)動(dòng)無人船的期望位置、期望速度向量和期望航向角；所述期望速度向量包括：縱蕩期望速度向量、橫蕩期望速度向量和艏搖期望速度向量；所述期望航向角為大地坐標(biāo)系下的航向角；所述期望航向角包括：縱向期望航向角、橫向期望航向角和艏向期望航向角；

獲取欠驅(qū)動(dòng)無人船時(shí)變編隊(duì)當(dāng)前的實(shí)際位置、實(shí)際速度向量和實(shí)際航向角；

采用外回路軌跡跟蹤控制律，使所述實(shí)際位置趨近于所述期望位置，以完成對(duì)所述期望編隊(duì)隊(duì)形的控制；

采用內(nèi)回路魯棒姿態(tài)跟蹤律，使所述實(shí)際速度向量趨近于所述期望速度向量，使所述實(shí)際航向角趨近于所述期望航向角，以完成對(duì)所述期望航行軌跡的控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動(dòng)無人船時(shí)變編隊(duì)的跟蹤控制方法，其特征在于，所述采用外回路軌跡跟蹤控制律，使所述實(shí)際位置趨近于所述期望位置，以完成對(duì)所述期望編隊(duì)隊(duì)形的控制，具體包括：

獲取時(shí)變編隊(duì)中欠驅(qū)動(dòng)無人船的當(dāng)前速度向量；所述當(dāng)前速度向量包括：縱蕩當(dāng)前速度向量、橫蕩當(dāng)前速度向量和艏搖當(dāng)前速度向量；

根據(jù)所述當(dāng)前速度向量確定位置誤差；

當(dāng)所述位置誤差趨近于零時(shí)所述實(shí)際位置與所述期望位置相等，完成對(duì)所述期望編隊(duì)隊(duì)形的控制。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動(dòng)無人船時(shí)變編隊(duì)的跟蹤控制方法，其特征在于，所述采用內(nèi)回路魯棒姿態(tài)跟蹤律，使所述實(shí)際速度向量趨近于所述期望速度向量，使所述實(shí)際航向角趨近于所述期望航向角，以完成對(duì)所述期望航行軌跡的控制，具體包括：

獲取時(shí)變編隊(duì)中欠驅(qū)動(dòng)無人船的當(dāng)前速度向量；

根據(jù)所述當(dāng)前速度向量和所述期望速度向量確定第一滑模控制模型；

設(shè)定航行中外界干擾量引起的外界擾動(dòng)有界，則當(dāng)所述外界擾動(dòng)滿足第一特定條件時(shí)，采用所述第一滑模控制模型確定速度向量的控制輸入；所述速度向量的控制輸入記為第一控制輸入；所述外界干擾量包括：風(fēng)、浪和流。

根據(jù)所述第一控制輸入使所述實(shí)際速度向量趨近于所述期望速度向量；

獲取當(dāng)前航向角；

根據(jù)所述當(dāng)前航向角和所述期望航向角確定第二滑模控制模型；

設(shè)定航行中外界干擾量引起的外界擾動(dòng)有界，則當(dāng)所述外界擾動(dòng)滿足第二特定條件時(shí)，采用所述第二滑模控制模型確定航向角的控制輸入；所述航向角的控制輸入記為第二控制輸入；

根據(jù)所述第二控制輸入使所述實(shí)際航向角趨近于所述期望航向角。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動(dòng)無人船時(shí)變編隊(duì)的跟蹤控制方法，其特征在于，所述獲取欠驅(qū)動(dòng)無人船的數(shù)學(xué)模型，之前包括：

獲取欠驅(qū)動(dòng)無人船的控制參數(shù)；所述控制參數(shù)包括：速度向量、航向角、擾動(dòng)干擾量以及由慣性質(zhì)量和水動(dòng)力阻尼系數(shù)確定的非零恒定控制系數(shù)；

根據(jù)所述控制參數(shù)構(gòu)建所述數(shù)學(xué)模型。