[發(fā)明專利]一種基于人工勢場法的多水面船分布式編隊的控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210195126.3
• 申請日: 2022-03-01
• 公開（公告）號: CN114578819A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 庹玉龍;康彩霞;王莎莎;高雙;戴東辰;周旭光;馬立
• 申請（專利權(quán)）人: 大連海事大學(xué)
• 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(wù)所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 王丹;劉麗媛

本發(fā)明公開了一種基于人工勢場法的多水面船分布式編隊的控制方法，包括：S1、建立船舶的數(shù)學(xué)模型，并使用人工勢場法，建立船舶所受的總勢場函數(shù)；S2、采用反步法，設(shè)計多水面船分布式的魯棒控制律；S3、使用單隱層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立船舶受力的未知函數(shù)；S4、根據(jù)船舶與障礙物之間的距離信息，判斷船舶是否存在碰撞危險；若否，則通過所述魯棒控制律，控制船舶按照原目標(biāo)軌跡前進；若是，則根據(jù)勢場模型、未知函數(shù)，計算船舶下一時刻的位置，即下一時刻的避碰路徑，通過所述魯棒控制律，控制船舶前往所述位置。本發(fā)明解決了船舶不能按照原先編隊的目標(biāo)軌跡前進的問題，提高無人艇在航行時的安全性，有效的預(yù)防了船舶的避碰。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多水面船路徑規(guī)劃領(lǐng)域，具體涉及一種基于人工勢場法的多水面船分布式編隊的控制方法。

背景技術(shù)

隨著船舶控制技術(shù)的快速發(fā)展，多水面船執(zhí)行任務(wù)已經(jīng)成為大勢所趨，但是當(dāng)遇到障礙物時，船舶在自主進行路徑規(guī)劃這一的方面研究還不夠成熟。目前，大部分的人工勢場法都應(yīng)用在船舶從一個起始點出發(fā)以勻速的速度到達目標(biāo)點，遇到障礙物之后，自主進行路徑規(guī)劃。但是對于船舶在由編隊控制率控制的情況下，使得船舶在遇到障礙物在之后，自主進行路徑規(guī)劃這一研究還少之又少。并且由于船舶處在由障礙物和目標(biāo)軌跡構(gòu)成的人工勢場中，當(dāng)目標(biāo)軌跡的附近存在障礙物時，船舶受到的引力較小，斥力較大，這樣船舶很難按照編隊控制率控制的目標(biāo)軌跡來前進。當(dāng)船舶航行到一定位置的時候，在某一位置，會使得船舶所受到的引力和斥力剛好大小相等，會使得船舶陷入局部最優(yōu)解或震蕩；在進行多船舶避碰研究時，都是基于船舶間通訊無阻礙的情況，沒有考慮在無通訊條件下的無人艇間的自主避碰。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于人工勢場法的多水面船分布式編隊的控制方法，以克服以上問題。

本發(fā)明包括：

S1、建立船舶的數(shù)學(xué)模型，并使用人工勢場法，建立船舶所受的總勢場函數(shù)；

S2、采用反步法，設(shè)計多水面船分布式的魯棒控制律，所述魯棒控制律用于對控制船舶進行編隊；

S3、使用單隱層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立船舶受力的未知函數(shù)；

S4、根據(jù)船舶與障礙物之間的距離信息，判斷船舶是否存在碰撞危險；

若否，則通過所述魯棒控制律，控制船舶按照原目標(biāo)軌跡前進；若是，則根據(jù)勢場模型、未知函數(shù)，計算船舶下一時刻的位置，即下一時刻的避碰路徑，通過所述魯棒控制律，控制船舶前往所述位置。

進一步地，S1中建立船舶的數(shù)學(xué)模型為：