申请/专利权人：哈尔滨工程大学

申请日：2024-01-02

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN117850423A

主分类号：G05D1/43

分类号：G05D1/43;G05D109/30

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.26#实质审查的生效;2024.04.09#公开

摘要：考虑推进器故障的多USV群簇同步事件触发控制方法，属于无人艇控制技术领域。为了解决目前多簇控制没有考虑USV多簇控制中推进器故障的问题，以及存在资源浪费问题。本发明针对被分为s个簇群的多USV系统，首先确定虚拟领航者USV的位置信息和速度信息和第σi簇的USV的动力学模型，然后根据通讯拓扑结构选择合适的USV作为牵制节点，借助自适应输入方法对推进器故障信息进行补偿，利用神经网络技术对系统模型的非线性不确定性和外界干扰进行估计，进行设计事件触发机制和基于事件触发的多簇USV分布式容错跟踪控制方法，进而实现多USV群簇同步事件触发控制。

主权项：1.一种考虑推进器故障的多USV群簇同步事件触发控制方法，其特征在于，针对一个多USV系统中的每个USV，建立USV的运动学和动力学方程；所述多USV系统包含N艘USV，编号分别为1,2...N；N艘USV被分为s簇，{v1,v2,....vs}表示s簇的节点集合；如果第i艘USV和第j艘USV属于同一簇，那么σi＝σj；USV之间的通讯拓扑为有向图；第σi簇的虚拟领航者USV的位置信息和速度信息为 其中，vησi为第σi簇的虚拟领航者USV惯性坐标系下的速度信息；vσi为第σi簇的虚拟领航者USV运动坐标系下的速度信息；Jσi是惯性坐标系与运动坐标系之间的转换矩阵；基于USV的运动学和动力学方程，第σi簇的第i艘跟随者USV的动力学模型表示为： 式中，ηi表示第i艘跟随者USV对应的η，η＝[x,y,ψ]T表示USV在惯性坐标系下的位置x,y与姿态ψ；vηi为第i艘跟随者USV惯性坐标系下的速度信息；Mηi为惯性坐标系下的质量惯性矩阵，Cηi为惯性坐标系下的科氏力和向心力矩阵，Dηi为惯性坐标系下的水动力阻尼矩阵，giηi为重力和浮力产生的恢复力和力矩向量，wi是未知外界干扰；为推进器故障下作用在USV的控制力和力矩；基于的故障模型，将3转化为： 其中，Fi表示模型不确定性和外界干扰组成的广义干扰，采用神经网络逼近的方式对Fi进行逼近；ρit为推进器乘法故障，其满足0＜ρit≤1；rit＝[ri1t,ri2t,ri3t]T为推进器加法故障，其中ri1t,ri2t为控制力加法故障，ri3t为控制力矩加法故障；然后进行有向通讯拓扑下分簇一致性牵制节点选取：基于USV之间的通讯拓扑为有向图，确定通讯拓扑的有向生成树，将有向图对应的Laplacian矩阵L＝[lij]定义为和lij＝-aij,i≠j；aij表示有向图中节点j能否接收节点i的信息，能aij＝1，否则aij＝0；度矩阵定义为对于虚拟领航者和跟随者之间的通讯关系，用对角矩阵B＝diagb1,···,bN来描述，如果节点i接收到领航者的信息，那么bi＝1，否则bi＝0；基于牵制控制方法确定牵制节点，并确定牵制控制部分： 其中，是第i个USV集群Ξσi的子集群；表示第i艘USV可接收到其他分组中的USV发送的信息，表示第i个USV集群Ξσi中可接收到其他分组中的USV的集合；表示第i个USV集群Ξσi中除去之后的USV的集合，表示第i艘USV不能接收其他USV传输的信息；将满足条件和的USV做为牵制节点；然后基于事件触发机制，采用多簇USV分布式事件触发容错控制律进行控制；所述的事件触发机制如下： 式中：为第i艘USV的触发时刻，是第j艘USV的触发时刻；为第i艘USV触发时刻的位置误差，为此时第i艘USV的速度误差；参数κi，θi，λ1，λ2均为正常值；inf表示下确界；所述的多簇USV分布式事件触发容错控制律如下：τit＝τ1it+τ2it+τ3it+τ4it14 式中，为自适应更新律；sign·为符号函数；神经网络估计律为是权重矩阵ωi的估计值，权重矩阵估计误差φi表示激活函数；为对不确定项上界进行逼近的自适应律，不确定项上界逼近误差是不确定项上界逼近值的估计值，Δi是正常值； 式中，mi和ni为自适应牵制参数，如果第i艘USV被选为牵制节点，那么mi＞0，ni＞0，否则mi＝0，ni＝0；控制参数为常数；自适应牵引参数mi和ni更新方式如下： 式中，h1i,h2i是一个正常数；μ1it,μ2it是恒为正的连续有界函数；和为自适应牵制参数的估计值。

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权利要求：

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