申请/专利权人：大连海事大学

申请日：2022-06-02

公开（公告）日：2023-09-19

公开（公告）号：CN115113524B

主分类号：G05B13/04

分类号：G05B13/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.09.19#授权;2022.10.18#实质审查的生效;2022.09.27#公开

摘要：本发明公开了一种基于干预LVS制导的ASV多端口事件触发路径跟踪控制方法，包括建立基于连续时间的ASV的非线性数学模型；计算LVS的位置并将其作为ASV的参考位置；计算ASV的制导信号；根据动态反馈评价机制生成干预LVS制导信号；计算ASV的艏向误差和位置误差，对艏向误差和位置误差设置事件触发机制，当满足触发条件时，对误差进行更新，并计算误差的导数；设计基于事件触发的虚拟控制律，通过虚拟控制律对艏向误差和位置误差进行镇定，根据动态面控制技术定义误差动态，并对误差动态求导；设计基于事件触发的控制律和自适应律，基于控制律和自适应律驱动ASV进行航行。避免ASV在初始状态达到输入饱和界限，减少传感器到控制器、控制器到执行器的传输负载。

主权项：1.一种基于干预LVS制导的ASV多端口事件触发路径跟踪控制方法，其特征在于，包括，步骤一、根据公式1建立基于连续时间t的ASV的非线性数学模型， 其中，xt,yt表示ASV的位置坐标，ψt表示ASV的艏向角，ut表示ASV的前进速度，rt表示ASV的艏摇角速度，vt表示ASV的横漂速度，分别表示ASV位置坐标的导数，表示ASV艏向角的导数，表示ASV前进速度的导数，表示ASV横漂速度的导数，表示ASV艏摇角速度的导数，mu表示ASV在前进自由度上的水动力附加质量，mv表示ASV在横漂自由度上的水动力附加质量，mr表示ASV在艏摇自由度上的水动力附加质量，fuνt，fvνt，frνt分别表示ASV前进、横漂和艏摇自由度上的非线性项，Tu,Fr分别表示主机转速和舵角的控制增益，n表示主机转速，δ表示舵角，dwut为外界环境作用在ASV的前进自由度上的干扰力，dwvt为外界环境作用在ASV的横漂自由度上的干扰力，dwrt为外界环境作用在ASV的艏摇自由度上的干扰力矩；步骤二、根据公式2计算LVS的位置，将LVS的位置作为ASV的参考位置， 式中，xvt,yvt表示LVS的位置坐标，ψvt表示LVS的艏向角，分别表示LVS位置坐标的导数，表示LVS艏向角的导数，uvt表示LVS的期望速度，rvt表示LVS的期望艏摇角速度；步骤三、根据公式3计算ASV的制导信号, 其中，xet＝x-xvt,yet＝y-yvt，xet表示横坐标误差，xvt,yvt表示LVS的位置坐标，x,y表示ASV的位置坐标，yet表示纵坐标误差，zet表示ASV到LVS的直线距离即位置误差，ψdt表示ASV的制导信号，ψvt表示LVS的艏向角；步骤四、构建动态反馈评价机制，根据动态反馈评价机制对ASV的制导信号进行干预，通过公式4生成干预LVS制导信号, 式中，表示动态反馈评价机制，ψdt表示ASV的制导信号，ψdl表示干预LVS制导信号，ψet表示ASV的艏向误差，δsat表示舵角的饱和界限值；步骤五、根据公式5计算ASV的艏向误差和位置误差，对艏向误差和位置误差设置事件触发机制，包括艏向误差和位置误差的触发信号、触发条件，当满足触发条件时，对艏向误差和位置误差进行更新，并计算艏向误差和位置误差的导数，触发信号通过公式6表示，触发条件通过公式7表示，当满足触发条件时，通过公式8对艏向误差和位置误差进行更新，通过公式9计算的导数， ψet＝ψdlt-ψt5式5中，ψet表示ASV的艏向误差，zet表示ASV到LVS的直线距离即位置误差，xet表示横坐标误差，yet表示纵坐标误差，ψdlt为干预LVS制导信号，ψt表示ASV的艏向角； 式6中，分别表示舵角和主机转速的当前触发点时间，分别表示舵角和主机转速的下一个触发点时间； 式7中，误差ξ1,ξ2为正的阈值参数，ψet表示ASV的艏向误差， 式8中，λδ1,λn1分别表示艏向触发设计参数和位置触发设计参数， 步骤六、设计基于事件触发的虚拟控制律，通过虚拟控制律对艏向误差和位置误差进行镇定，引入动态面控制技术，根据动态面控制技术定义误差动态，并对误差动态求导，虚拟控制律如公式10所示，动态面控制技术公式11进行表示， 其中，k1,k2为正的设计参数，表示ASV在时刻的艏向误差，表示ASV在时刻的艏向误差，λδ1,λn1分别表示艏向触发设计参数和位置触发设计参数，ξδ1，ξn1为正的阈值参数，表示ASV到LVS的直线距离即位置误差； 其中，∈u，∈r为大于零的时间常数；根据动态面控制技术定义误差动态和并对误差动态求导得到式12， 式12中和通过神经网络做逼近处理，如式13所示， 式中，Wr,Wu表示神经网络权重更新律，S表示高斯函数，εr,εu表示逼近误差，根据公式12和公式13，得到式14， 其中，mu表示ASV在前进自由度上的水动力附加质量，mr表示ASV在艏摇自由度上的水动力附加质量，为外界环境作用在ASV的前进自由度上的干扰力，为外界环境作用在ASV的艏摇自由度上的干扰力矩，表示时刻的舵角、表示时刻的舵角；步骤七、设计基于事件触发的路径跟踪控制器和自适应律，基于路径跟踪控制器和自适应律驱动ASV进行航行，路径跟踪控制器如公式15所示，自适应律如公式16所示， 式中，k3,k4表示正的控制器设计参数，γ1,γ2,γ3,γ4表示正的神经网络自适应设计参数，σ1,σ2,σ3,σ4表示正的增益自适应设计参数，Wr,Wu表示神经网络权重更新律，S表示高斯函数，ψe表示ASV的艏向误差，ze表示ASV到LVS的直线距离即位置误差。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 大连海事大学 一种基于干预LVS制导的ASV多端口事件触发路径跟踪控制方法

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