一种无人艇跟踪控制方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113608534A(43)申请公布日2021.11.05(21)申请号202110889686.4(22)申请日2021.08.04(71)申请人上海大学地址200444上海市宝山区上大路99号(72)发明人张丹赵立李孝伟谢少荣彭艳蒲华燕罗均(74)专利代理机构北京高沃律师事务所11569代理人杨媛媛(51)Int.Cl.G05D1/02(2020.01)权利要求书4页说明书14页附图10页(54)发明名称一种无人艇跟踪控制方法及系统(57)摘要本发明公开了一种无人艇跟踪控制方法及系统。所述方法，包括：基于实际位置信息和期望位置信息，采用预设性能函数计算非约束跟踪误差；由实际位置信息、期望位置信息和非约束跟踪误差计算虚拟控制率，并由虚拟控制率和一阶低通滤波器，得到虚拟误差面和滤波误差；采用径向基神经网络估计未知时变项目，得到无人艇模型；基于无人艇模型，对复合干扰进行估计，得到复合干扰估计值；由虚拟误差面、滤波误差、无人艇模型和复合干扰估计值确定跟踪控制率；控制率用于控制无人艇的轨迹跟踪。本发明能提高无人艇跟踪控制的精度。CN113608534ACN113608534A权利要求书1/4页1.一种无人艇跟踪控制方法，其特征在于，包括：获取无人艇的实际位置信息和期望位置信息；基于所述实际位置信息和所述期望位置信息，采用预设性能函数计算非约束跟踪误差；由所述实际位置信息、所述期望位置信息和所述非约束跟踪误差计算虚拟控制率，并由所述虚拟控制率和一阶低通滤波器，得到虚拟误差面和滤波误差；采用径向基神经网络估计未知时变项目，得到无人艇模型；所述未知时变项目包括水动力阻尼参数、科氏加速度和向心加速度；基于所述无人艇模型，对复合干扰进行估计，得到复合干扰估计值；所述复合干扰包括所述无人艇模型的估计误差和外界干扰；由所述虚拟误差面、所述滤波误差、所述无人艇模型和所述复合干扰估计值确定跟踪控制率；所述跟踪控制率用于控制无人艇的轨迹跟踪。2.根据权利要求1所述的一种无人艇跟踪控制方法，其特征在于，在所述由所述虚拟误差面、所述滤波误差、所述无人艇模型和所述复合干扰估计值确定跟踪控制率之后，还包括：计算当前时刻的跟踪控制率与上一时刻的跟踪控制率的差值；判断所述差值是否大于设定值；若是，则控制执行器以所述当前时刻的跟踪控制率控制无人艇的轨迹跟踪；若否，则保持上一时刻的跟踪控制率。3.根据权利要求1所述的一种无人艇跟踪控制方法，其特征在于，所述实际位置信息包括大地坐标系下的位置坐标、大地坐标系下的艏向角坐标、船体坐标系下的纵向速度、船体坐标系下的横向速度和船体坐标系下的艏向角速度；所述期望位置信息包括大地坐标系下的期望位置坐标、大地坐标系下的期望艏向角坐标、船体坐标系下的期望纵向速度、船体坐标系下的期望横向速度和船体坐标系下的期望艏向角速度。4.根据权利要求1所述的一种无人艇跟踪控制方法，其特征在于，所述基于所述实际位置信息和所述期望位置信息，采用预设性能函数计算非约束跟踪误差，具体包括：采用所述实际位置信息建立无人艇动力学模型；采用所述期望位置信息计算期望轨迹；由所述无人艇动力学模型和所述期望轨迹计算跟踪误差；采用预设性能函数将所述跟踪误差转换为所述非约束跟踪误差。5.根据权利要求1所述的一种无人艇跟踪控制方法，其特征在于，所述虚拟控制率为：2CN113608534A权利要求书2/4页其中，uα为纵向虚拟控制率，vα为横向虚拟控制率，rα为艏向角虚拟控制率，ψ为大地坐标系下的艏向角坐标，ψd为大地坐标系下的期望艏向角坐标，ud为船体坐标系下的期望纵向速度，vd船体坐标系下的期望横向速度，rd为船体坐标系下的期望艏向角速度，为ρ1的一阶导数，为ρ2的一阶导数，为ρ3的一阶导数，k11表示无人艇在纵向方向的虚拟控制器的第一设计参数，k12表示无人艇在纵向方向的虚拟控制器的第二设计参数，k21表示无人艇在横向方向的虚拟控制器的第一设计参数，k22表示无人艇在横向方向的虚拟控制器的第二设计参数，k31表示无人艇在艏向角方向的虚拟控制器的第一设计参数，k32表示无人艇在艏向角方向的虚拟控制器的第二设计参数；l表示跟踪误差收敛指数，0＜l＜1；z1表示无人艇在大地坐标系中沿地球纬线方向的跟踪误差，z2表示无人艇在大地坐标系中沿地球经线方向的跟踪误差，z3表示无人艇在大地坐标系中沿地球艏向方向的跟踪误差，ρ1表示z1的界限函数，ρ2表示z2的界限函数，ρ3表示z3的界限函数，s1表示转换后纵向方向的非约束跟踪误差，s2表示转换后横向方向的非约束跟踪误差，s3表示转换后艏向角方向的非约束跟踪误差，κ1表示无人艇在纵向上的跟踪误差辅助函数，κ2表示无人艇在横向上的跟踪误差辅助函数，κ3表示无人艇