[發明專利]一種多無人船編隊安全優化控制系統

在審

• 申請號: 202111307607.0
• 申請日: 2021-11-05
• 公開（公告）號: CN114217603A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 彭周華;呂光顥;顧兆偉;王丹;尹勇;劉陸;王浩亮
• 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: 楊威;鄧珂

1.一種多無人船編隊安全優化控制系統，用于控制編隊中每艘無人船以編隊形式跟蹤給定參考軌跡，其特征在于：包括濾波模塊、數據收集模塊、數據驅動模型信息學習模塊、信息交互通訊網絡拓撲模塊、編隊跟蹤控制模塊、安全避碰避障控制模塊、艏向角預測跟蹤控制模塊；

所述濾波模塊用于獲取每個受控無人船的運動學與動力學模型的受控無人船輸入信息τ_i、受控無人船輸出地球坐標系下的速度信息q_i、無人船艏向角速度信息r_i和無人船艏向角信息進而計算得到所述地球坐標系下的濾波速度信息q_if、無人船艏向角速度濾波信息r_if、地球坐標系下的位置控制輸入濾波信息g_iq、艏向角速度控制輸入濾波信息g_ir、位置回歸向量濾波信息N_iq和艏向角回歸向量濾波信息N_ir；其中所述受控無人船輸入信息τ_i包括受控無人船輸入信息包括縱向速度τ_iu和艏向角速度τ_ir；

所述數據收集模塊用于獲取濾波模塊輸出的所述地球坐標系下的濾波速度信息q_if、無人船艏向角速度濾波信息r_if、地球坐標系下的位置控制輸入濾波信息g_iq、艏向角速度控制輸入濾波信息g_ir、位置回歸向量濾波信息N_iq和艏向角回歸向量濾波信息N_ir，將存儲到數據集S_iq和S_ir中；

所述數據驅動模型信息學習模塊,用于獲取數據收集模塊所輸出的數據集S_iq和S_ir、受控無人船輸出地球坐標系下的速度信息q_i和無人船艏向角速度信息r_i，并學習得到位置運動模型的待求解估計信息及艏向角方向待求解估計信息

所述信息交互通訊網絡拓撲模塊用于獲取無人船編隊中與受控無人船信息交互的受控無人船在地球坐標系下的位置信息p_j、在地球坐標系下的速度信息q_j、位置運動模型的待求解估計信息并將在地球坐標系下的位置信息p_j、在地球坐標系下的速度信息q_j和位置運動模型的待求解估計信息發送至編隊跟蹤控制模塊和安全避碰避障控制模塊；

所述編隊跟蹤控制模塊獲取所述在地球坐標系下的位置信息p_j、在地球坐標系下的速度信息q_j和位置運動模型的待求解估計信息計算地球坐標系下標稱控制輸入信息所計算的地球坐標系下標稱控制輸入信息輸入至所述安全避碰避障控制模塊；

所述安全避碰避障控制模塊用于獲取編隊跟蹤控制模塊輸出的地球坐標系下標稱控制輸入信息和所述信息交互通訊網絡拓撲模塊輸出的的所述在地球坐標系下的位置信息p_j、在地球坐標系下的速度信息q_j和位置運動模型的待求解估計信息計算安全縱向速度控制輸入τ_iu和參考艏向角并將安全縱向速度控制輸入τ_iu輸出至所述受控無人船，將參考艏向角輸入至所述艏向角跟蹤預測控制模塊；

所述艏向角跟蹤預測控制模塊根據所述參考艏向角無人船艏向角速度信息r_i以及艏向角方向待求解估計信息得出艏向角速度控制輸入值τ_ir，并將艏向角速度控制輸入值τ_ir輸入至所述受控無人船。