申请/专利权人：哈尔滨工程大学;哈尔滨聚车科技有限公司

申请日：2021-08-05

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN114035565B

主分类号：G05D1/43

分类号：G05D1/43;G05D1/695

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.26#授权;2022.03.01#实质审查的生效;2022.02.11#公开

摘要：本发明是一种基于吸附行为的海面船舶编队控制方法。本发明根据期望队形建立虚拟结构，建立编队行驶距离矩阵，基于最短路程的队形形成，利用匈牙利算法求解出最优的分配，船舶按照最优分配到达期望位置。其次，通过建立输出反馈控制，调整由控制器输出速度控制的调整参数，使跟随者调整自身位姿，跟随者并保持相对距离和角度的收敛。最后，在领航者附近设置若干吸附区，保证在领航者运动过程速度过快时，跟随者被吸引而直接移动至领航者附近，同时自身也形成吸附区，保持队形的稳定，从而可以应用于更大规模的编队。

主权项：1.一种基于吸附行为的海面船舶编队控制方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1：建立期望队形建模，得到各节点间距为d的正n边形的期望队形；步骤2：设置目标函数F，参与编队的船舶分别到达对应编队队形节点的行进路程的总和，通过改变船舶行驶路径从而改变各自的行进距离，从而使目标函数F得到最小值，通过下式表示： 其中，Si，i＝1,2,...,n，表示船舶i从初始位置到达编队队形的顶点的行驶距离；步骤3：建立编队行驶距离矩阵D，根据船舶系统中各船舶的初始位置P0和虚拟结构顶点位置Pk确定得到一个编队行驶距离矩阵D，通过下式表示所述矩阵： 其中，dij表示船舶i到虚拟结构顶点j的距离，步骤4：建立分配矩阵A,通过查找分配矩阵A中位于不同行、不同列的n个独立的元素，组合结果便是指派问题的最优解，通过下式表示分配矩阵A为： 步骤5：利用匈牙利算法求解最优解；步骤6：利用输出反馈控制设计编队控制方案；通过确定与领航者之间的位置，得出实际相对距离和角度，再根据设定的相对距离和角度，由控制器输出速度控制的调整参数，使跟随者调整自身位姿，即使跟随者跟随领航者运动，并保持相对距离和角度的收敛，即l→ld，步骤7：建立领航跟随算法编队控制运动模型；步骤8：取一个与旋转中心点在同一轴线上的任意一点作为参考点参考点与旋转中心点的位姿关系通过下式表示： 其中，d表示旋转中心与参考点之间的位移，且其正方向表示船舶前进方向，设l正方向与x轴正方向夹角为β；则跟随者的运动学方程通过下式表示： 其中，表示领航者与跟随者之间的欧氏距离，表示领航者与跟随者之间的相对角度；步骤9：确定基于输出反馈控制的表达式： 其中，α1、α2为比例控制系数；跟随者的控制输出ω2,v2通过下式表示： 根据跟随者的控制输出，通过领航者位姿相关信息与跟随者位姿相关信息，得出被控对象在下一周期t+T时刻的控制输入为v2t+T，ω2t+T，通过改变跟随者当前的运动状态，完成编队任务，使l和收敛并保持系统设定值ld和步骤10：进行稳定性分析，基于闭环控制律的编队控制中，当领航者作匀速直线运动或匀速圆周运动，编队队形将收敛为固定队形l＝ld，且队形与跟随者的初始状态并不影响该固定队形；船舶编队运动对于l和是渐进稳定的，当领航者运动速度过快将导致跟随者很难跟上，跟随者的运动轨迹相对领航者呈现发散状态，即编队队形遭到破坏。

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权利要求：

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