[發(fā)明專利]一種事件觸發(fā)的無人艇集群分布式協(xié)同控制器、結(jié)構及方法

在審

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• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112882473A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設計）人: 王丹;張義博;王浩亮;劉陸;李鐵山;彭周華
• 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: 大連至誠專利代理事務所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 張海燕;楊威

本發(fā)明公開了一種事件觸發(fā)的無人艇集群分布式協(xié)同控制器、結(jié)構及方法，通過基于事件觸發(fā)的通訊方式，無人艇僅當滿足預設事件時，才向通訊網(wǎng)絡發(fā)送自身信息，實現(xiàn)了非周期的信息發(fā)送，從而減少信息發(fā)送頻率，減輕無人艇通訊網(wǎng)絡的通訊負擔；同時，無人艇的協(xié)同動作執(zhí)行也是由事件觸發(fā)的，執(zhí)行器根據(jù)設定的性能按需非周期的更新，從而降低了執(zhí)行器更新頻率，避免執(zhí)行器的連續(xù)動作，減輕無人艇的執(zhí)行負擔；本發(fā)明中的并行學習辨識模塊，不僅能夠?qū)o人艇中的不確定非線性動態(tài)進行逼近，也可以辨識未知控制增益，從而能夠在不依賴無人艇的精確信息的情況下，仍能夠保持協(xié)同控制，使得協(xié)同控制更加靈活高效。

技術領域

本發(fā)明涉及無人艇控制技術領域，尤其涉及一種事件觸發(fā)的無人艇集群分布式協(xié)同控制器、結(jié)構及方法。

背景技術

無人艇具有造價低廉、小巧靈活、便于布放回收等優(yōu)點，已經(jīng)在軍事與民用領域獲得了廣泛應用。但是單艇的作業(yè)能力十分有限，在大規(guī)模任務時應考慮多無人艇的集群作業(yè)。多無人艇協(xié)同控制已成為一個熱門領域，其中協(xié)同路徑跟蹤作為一種有效的控制方法獲得了廣泛的關注。

目前，針對無人艇集群分布式協(xié)同問題，已有許多可行的解決方法。但現(xiàn)有技術仍然存在以下問題：

第一，現(xiàn)有的無人艇集群分布式協(xié)同方法中，無人艇之間的協(xié)同由通訊保證，信息發(fā)送通常采用時間周期觸發(fā)的方式，這種方案是連續(xù)的，要求通訊網(wǎng)絡具有極高的速度與帶寬，但是海洋環(huán)境復雜多變，整個無人艇集群的通訊能力受到嚴重制約。因此，需要進一步考慮事件觸發(fā)的通訊方式，節(jié)約通訊資源。

第二，現(xiàn)有的無人艇集群分布式協(xié)同方法中，無人艇執(zhí)行機構的更新往往是連續(xù)的，雖然這樣能保證較高的控制精度，但是連續(xù)更新會加重執(zhí)行機構負擔，增加不必要的磨損，從而帶來不安全的隱患。因此，需要在保證合理的控制效果前提下，考慮事件觸發(fā)的執(zhí)行更新方式，降低執(zhí)行機構負擔。

第三，現(xiàn)有的無人艇集群分布式協(xié)同方法中，大多僅對模型的未知動態(tài)進行觀測或逼近，沒有考慮模型的控制增益，精確的控制增益需要通過拖曳實驗、水池實驗等方式才能測得，但是這種實驗成本較高。因此，需要進一步考慮不依賴精確控制增益的控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種事件觸發(fā)的無人艇集群分布式協(xié)同控制方法，以克服上述技術問題。

本發(fā)明一種事件觸發(fā)的無人艇集群分布式協(xié)同控制方法，包括：

建立無人艇集群運動模型；所述無人艇集群運動模型，包括：無人艇運動模型和通訊網(wǎng)絡模型；

控制器對由通訊網(wǎng)絡接收到的無人艇集群信號進行偏差處理，輸出協(xié)同制導信號；

控制器根據(jù)所述協(xié)同制導信號、無人艇的速度信號及所述并行學習辨識模塊輸出的逼近信號和辨識信號，輸出動力學控制信號；

控制器根據(jù)無人艇的速度信號、加速度信號及所述動力學控制信號，輸出逼近信號和辨識信號；

控制器根據(jù)所述動力學控制信號輸出非周期執(zhí)行信號，當滿足預設執(zhí)行事件時，將所述非周期執(zhí)行信號輸入至無人艇，以調(diào)節(jié)無人艇執(zhí)行機構的動作頻率，使得無人艇與所述無人艇集群中的其他無人艇的動作保持協(xié)同；

控制器根據(jù)無人艇的位置信號和速度信號輸出非周期通訊信號，當滿足預設通訊事件時，向通訊網(wǎng)絡發(fā)送無人艇的動作信息。

一種事件觸發(fā)的無人艇集群分布式協(xié)同控制器，包括：

協(xié)同路徑跟蹤制導模塊、動力學控制模塊、并行學習辨識模塊非周期執(zhí)行調(diào)節(jié)器及非周期通訊調(diào)節(jié)器；

所述協(xié)同路徑跟蹤制導模塊，用于對接收到的無人艇集群信號進行偏差處理，輸出協(xié)同制導信號；所述無人艇集群，包括：至少一艘領航無人艇、多艘跟隨無人艇及通訊網(wǎng)絡；