[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

本發明屬于欠驅無人船的路徑跟蹤控制技術領域，具體涉及一種基于IALOS導引律的欠驅無人船自適應模糊控制方法。本發明是一種提高欠驅無人船的路徑跟蹤精度方法，本發明基于IALOS導引律設計了自適應模糊航向跟蹤控制器和自適應模糊速度跟蹤控制器，IALOS導引律用于獲得期望的艏向角和路徑參數更新律，改進的自適應律用于估計時變的側滑角，模糊系統和自適應技術用于逼近由模型不確定項和未知外界環境干擾構成的總的不確定項，解決了欠驅無人船在模型不確定、未知外界環境干擾、時變側滑以及時變海流條件下的路徑跟蹤控制問題。

技術領域

本發明屬于欠驅無人船的路徑跟蹤控制技術領域，具體涉及一種基于IALOS導引律的欠驅無人船自適應模糊控制方法。

背景技術

欠驅無人船沒有安裝橫向驅動裝置，當船舶在路徑跟蹤作業任務過程中遭受風、浪、流所引起的漂流力時，會產生一個橫漂速度，從而導致無人船航向角與船舶實際運動方向之間存在一個小的夾角，即側滑角。側滑角會放大路徑跟蹤誤差甚至破壞系統的穩定性，因此要考慮側滑角對路徑跟蹤精度的影響。為了解決側滑角影響路徑跟蹤精度這一問題，多數文獻是通過補償未知常數側滑角。但是，目前多數文獻會忽略海流干擾對欠驅無人船運動學模型的擾動影響，而將其與風、浪以及其他不確定性因素一同視為欠驅無人船動力學模型的干擾，但是實際上，海流干擾只對無人船運動學產生影響，導致無人船發生漂移而改變其位置和速度，使其偏離預設航線和航向。而且，多數基于LOS導引方法的路徑跟蹤控制方法并不能同時滿足直線和曲線的跟蹤需求。因此，提出一個導引律同時補償時變的海流和時變的側滑角對路徑跟蹤的影響，對于提高欠驅無人船的路徑跟蹤精度是至關重要的。

發明內容

本發明的目的在于提供解決欠驅無人船在模型不確定、未知外界環境干擾和時變側滑條件下的路徑跟蹤控制問題的一種基于IALOS導引律的欠驅無人船自適應模糊控制方法。

本發明的目的通過如下技術方案來實現：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；