[發明專利]基于IALOS導引律的欠驅無人船自適應模糊控制方法

有效

• 申請號: 202011359029.0
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112346465B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 林孝工;劉葉葉;趙大威;李恒;聶君;張超;王楠珺;賴沖浪;孫涵;楊化棟;孫曉慶;王華霆;常弘煜;蘇江玉;劉向波;田偉達
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于IALOS導引律的欠驅無人船自適應模糊控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：獲取欠驅無人船的位置信息和姿態信息η＝[x，y，ψ]^T，獲取欠驅無人船的期望速度、期望路徑S(θ)和期望路徑上的目標點P_F＝(x_F(θ)，y_F(θ))，θ是路徑參數變量；

欠驅無人船在海流影響下的數學模型；

其中，x，y，ψ是在慣性坐標系下船的位置和歐拉角，x表示縱蕩，y表示橫蕩，ψ表示艏搖；u，v，r是在船體坐標系下船的速度，u表示縱蕩速度，v表示橫蕩速度，r表示艏搖速度；f_u(t，u，v，r)，f_v(t，u，v，r)，f_r(t，u，v，r)是不確定函數，包含未建模動態和模型參數不確定性；τ_wu，τ_wv，τ_wr分別表示欠驅無人船在縱向、橫向和艏搖方向受到的未知外界環境干擾；τ_u表示縱向推力；τ_r表示轉艏力矩；m表示欠驅無人船的質量，I_z表示欠驅無人船繞Z_B軸轉動的轉動慣量，表示欠驅無人船縱向加速度產生的縱向附加質量系數，表示欠驅無人船橫向加速度產生的橫向附加質量系數，表示欠驅無人船艏向角加速度產生的艏向附加轉動慣量系數；d₁₁＝-X_u，d₂₂＝-Y_v，d₃₃＝-N_r，X_u表示欠驅無人船縱向速度產生的縱向線性阻尼系數，Y_v表示欠驅無人船橫向速度產生的橫向線性阻尼系數，N_r表示欠驅無人船艏向角速度產生的艏向線性阻尼系數；

步驟2：建立SF坐標系，利用SF坐標系計算欠驅無人船在SF坐標系下的路徑跟蹤誤差P_eF＝(x_e，y_e)；

以當前目標點P_F＝(x_F(θ)，y_F(θ))為原點，以當前目標點在期望路徑的切線為x_SF軸建立SF坐標系，SF坐標系的y_SF軸由x_SF軸順時針旋轉90°得到；欠驅無人船在SF坐標系的位置坐標為P＝(x(θ)，y(θ))；

欠驅無人船在SF坐標系下的路徑跟蹤誤差P_eF＝(x_e，y_e)為：

其中，x_e表示縱向跟蹤誤差，y_e表示橫向跟蹤誤差；

步驟3：根據側滑角自適應律計算側滑角的估計值

其中，表示欠驅無人船的合速度；Δ為前視距離，Δ＞0；k_β為正定設計參數；

步驟4：基于IALOS導引律計算期望的艏向角ψ_d和路徑參數更新律

ψ_F＝atan2(y′_F(θ)，x′_F(θ))

其中，k_s為正定設計參數；

步驟5：根據模糊自適應律計算理想模糊參數變量的估計值根據模糊自適應律計算理想模糊參數變量的估計值其中，為模糊基函數變量；Γ₁∈R^Q×Q和Γ₂∈R^Q×Q為正定設計參數；σ₁＞0和σ₂＞0為設計常數；

步驟6：根據自適應模糊速度跟蹤控制律，計算欠驅無人船的速度控制量τ_u；

其中，k_u＞0是控制設計參數；

步驟7：根據自適應模糊航向跟蹤控制律，計算欠驅無人船的航向控制量τ_r；

其中，虛擬控制輸入的導數是k_r＞0和k_ψ＞0是控制設計參數；r_e＝r-α_r；ψ_e＝ψ-ψ_d；

和由輸入信號為ψ_d的三階跟蹤微分器計算；

其中，l₁，a₁，a₂，a₃是正定常數；是三階跟蹤微分器的狀態，

由輸入信號為ε的二階跟蹤微分器計算，

其中，l₂，a₄和a₅是正定常數；和是二階微分器的狀態，

步驟8：基于欠驅無人船的速度控制量τ_u和航向控制量τ_r對欠驅無人船控制，實現欠驅無人船路徑跟蹤的自適應模糊控制。