[發明專利]基于3D映射制導的USV-UAV協同路徑跟蹤自適應控制器設計方法

在審

• 申請號: 202110797422.6
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113419428A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 張國慶;李紀強;韓軍;褚生甲;李博;董相君;任鴻翔;張顯庫
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 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;涂文詩

1.一種基于3D映射制導的USV-UAV協同路徑跟蹤自適應控制器設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、建立無人船-無人機協同的系統模型，作為后續步驟所設計控制器的被控對象；

S2、構建無人船和無人機之間的有效關聯，通過3D映射制導，將位置信息等量映射到無人機空間參考平面上，得到水平面上無人船的參考航向和空間面上無人機的參考航向；所述位置信息為邏輯虛擬小船為無人船規劃的期望航線的位置信息；

S3、設計無人船-無人機位置控制器和自適應律，減小無人船-無人機的位置誤差，引導無人船-無人機跟蹤到參考位置，并通過非線性解耦技術，對位置控制器進行解耦，得到無人機的參考橫搖角和參考縱搖角；

S4、設計無人船-無人機姿態控制器和自適應律，減小無人船-無人機的姿態誤差；

S5、控制無人船-無人機實現協同路徑跟蹤控制任務。

2.根據權利要求1所述的一種基于3D映射制導的USV-UAV協同路徑跟蹤自適應控制器設計方法，其特征在于，所述S1無人船-無人機協同的系統模型的公式為：

其中，公式(1)和公式(2)為無人船-無人機協同系統的模型，公式(1)是運動學模型，公式(2)是動力學模型，公式(3)為對公式(2)中部分變量的展開公式；[x_j，y_j，z_a，φ_a，θ_a，ψ_j]^T，j＝s，a表示無人船一無人機協同系統的前進、橫漂、升沉位移和橫搖、縱搖和艏向角；v_s＝[u_s，v_s，r_s]^T表示無人船的前進、橫漂、艏搖速度，v_a＝[u_ax，u_ay，u_az，p_a，q_a，r_a]^T表示無人機沿著前后、左右、上下的速度和轉動角速度；m_u，m_v，m_r表示模型附加質量，d_i1，d_i2，d_i3，i＝u，v，r表示模型的非線性阻尼項；J_r表示無人機轉子慣性，k_ox，k_oy，k_oz表示氣動摩擦系數，m表示無人機質量，g表示重力加速度，I_xx，I_yy，I_zz表示轉動慣性，k_dx，k_dy，k_dz表示轉動阻力系數，Ω_r＝Ω₁-Ω₂+Ω₃-Ω₄，Ω_i，i＝1，2，3，4為轉子角速度。d_wi，i＝u，v，r，x，y，z，φ，θ，ψ表示無人船-無人機協同系統受到的外界干擾力/力矩；F_f表示轉子力F_i，i＝1，2，3，4的合力，τ_φ，τ_θ，τ_ψ表示無人機的橫搖、縱傾和艏搖力矩，τ_u，τ_r表示無人船的前進推力和轉船力矩。