申请/专利权人：大连海事大学

申请日：2023-11-15

公开（公告）日：2024-05-10

公开（公告）号：CN117472060B

主分类号：G05D1/43

分类号：G05D1/43

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.10#授权;2024.02.20#实质审查的生效;2024.01.30#公开

摘要：本发明公开了一种预设性能欠驱动无人船防碰撞动态事件触发编队控制方法，采用基于虚拟无人船的有限时间观测器，在有限时间内重建领航者的不可测速度信息；通过定义无人船领航‑跟随编队的避碰性能约束获取编队预设性能函数，以实现预设性能欠驱动无人船编队过程中的避碰；为减轻控制器和执行器之间的通信负担构建了动态事件触发机制，降低了无人船编队的通信负担；构建无人船编队控制器的虚拟控制律与自适应参数更新率；并结合动态事件触发机制获取最终的无人船编队控制器，且最终的无人船编队控制器具备可保证的瞬态和稳态性能，能够满足最大超调和收敛率等性能指标，同时解决了欠驱动无人船编队的连接性与碰撞避免的限制问题。

主权项：1.一种预设性能欠驱动无人船防碰撞动态事件触发编队控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立欠驱动的无人船动力学模型，并基于所述无人船动力学模型获取欠驱动的无人船领航-跟随编队；所述建立欠驱动的无人船动力学模型，包括以下步骤：S11：建立欠驱动无人船的运动学模型，所述运动学模型具体为 式中：η＝[x,y,ψ]T∈R3代表无人船的位置信息；且x与y分别表示船体坐标系中无人船的位置横坐标与位置纵坐标；ψ表示无人船的偏航角；ν＝[u,v,r]T∈R3代表无人船的速度信息；且u表示前向速度；v表示侧向速度；r表示艏摇角速度；w＝[wu,wv,wr]T代表外界干扰；且wu、wv以及wr分别表示在前向、侧向以及艏摇方向的时变环境扰动；Jψ∈R3×3是将船体坐标系和大地坐标系下的信息进行转换的旋转矩阵；M∈R3×3是质量矩阵；C∈R3×3是科里奥利矩阵；D∈R3×3为水动力阻尼矩阵；τ＝[τu,0,τr]T∈R3代表无人船的控制输入，且τu与τr分别表示欠驱动无人船前向与艏摇方向的控制输入；S12:根据所述欠驱动无人船的运动学模型获取无人船动力学模型，且所述无人船动力学模型为 式中：δτ表示为控制输入的饱和函数；M*表示非对角的惯性矩阵的标称部分；C*表示科里奥利矩阵的标称部分；D*表示水动力阻尼矩阵的标称部分；d＝[du,dv,,dr,]T表示集总误差；du表示前向速度的集总误差；dv表示侧向速度的集总误差；dr表示艏摇角速度的集总误差；ΔM表示非对角的惯性矩阵的不确定性；ΔC表示科里奥利矩阵的不确定性；ΔD表示水动力阻尼矩阵的不确定性；将所述无人船动力学模型改写为 式中：表示u的一阶导数；表示v的一阶导数；表示r的一阶导数；φu、和表示模型中已知的部分；和代表模型不确定性中的未知函数；gu、gv和gr代表模型不确定性中的已知部分；和为标称的质量矩阵M*中的参数；S2：基于虚拟船技术构建有限时间观测器，以在有限时间内获取无人船领航者的航速信息实现无人船领航者与跟随船的编队；所述航速信息包括前向速度、侧向速度以及艏摇角速度；S3：根据所述有限时间观测器，定义虚拟船与跟随船的位置误差变量与跟踪误差变量，以获取所述无人船领航-跟随编队的避碰性能约束；并根据所述避碰性能约束获取编队预设性能函数；所述S3包括以下步骤：S31：根据所述有限时间观测器，定义虚拟船与跟随船的位置误差变量；所述位置误差变量包括相对位置误差与方位角误差，具体为 式中：dmax0代表领航船和跟随船的最大的通信距离；dvf表示虚拟船和跟随船之间的位置误差；表示虚拟船和跟随船之间的相对方位角；θvf表示虚拟船和跟随船之间的相对角度；ψ表示无人船的偏航角；表示虚拟船和跟随船之间的相对角度的上界；xv和yv表示虚拟船的位置信息横坐标与位置信息纵坐标；则所述避碰性能约束为 dvfdmin式中：dmin表示领航船和跟随船的最小的通信距离；定义虚拟船与跟随船的跟踪误差变量，且所述跟踪误差变量包括跟踪位置误差与跟踪角度误差，具体为ed＝dvf-dd,eθ＝θvf-θd式中：dd代表虚拟船和跟随船之间的期望距离；θd代表虚拟船和跟随船之间的期望角度，且dmindddmax，代表虚拟船和跟随船之间的期望角度上界；ed表示虚拟船与跟随船的跟踪位置误差；eθ表示虚拟船与跟随船的跟踪角度误差；则所述避碰性能约束为 式中：ed表示虚拟船与跟随船的跟踪位置误差的下界；表示虚拟船与跟随船的跟踪位置误差的上界；eθ表示虚拟船与跟随船的跟踪角度误差的下界；表示虚拟船与跟随船的跟踪角度误差的上界；S32：根据所述避碰性能约束获取编队预设性能函数，所述编队预设性能函数具体为 e k＝ek,0-ek,∞exp-lkt+ek,∞ 式中：表示中间参数变量；ek,0、ek,∞、lk和均为编队预设性能函数的设计参数；ek表示虚拟船与跟随船的跟踪误差变量；zk表示编队预设性能函数；S4：基于所述编队预设性能函数构建无人船编队控制器的虚拟控制律，并采用动态面技术优化虚拟控制律，并根据优化后的虚拟控制律定义编队速度误差；并基于所述编队速度误差设计无人船编队控制器的自适应参数更新率；S5：构建无人船编队控制器的动态事件触发机制，并结合所述自适应参数更新率获取最终的无人船编队控制器，并根据最终的无人船编队控制器实现欠驱动无人船的编队控制操作。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 大连海事大学 预设性能欠驱动无人船防碰撞动态事件触发编队控制方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD