[发明专利]一种执行器非对称饱和的水面舰船轨迹跟踪控制方法

权利要求书

1.一种执行器非对称饱和的水面舰船轨迹跟踪控制方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：

步骤一给定期望跟踪轨迹：给定期望平面位置(x_d,y_d)；给定期望偏航角ψ_d；期望轨迹表示为η_d＝[x_d,y_d,ψ_d]^T；

步骤二轨迹跟踪误差计算：计算实际轨迹与期望轨迹之间的误差z₁＝η-η_d；

步骤三期望速度计算：计算消除期望轨迹与实际轨迹之间的误差所需的期望速度α；

步骤四神经网络设计：将动力学方程中的不确定项δ利用神经网络δ＝W^*TΦ(θ)+ε近似表达；

步骤五辅助控制系统设计：利用高斯误差函数，设计光滑的非对称饱和执行器的模型；

步骤六模型控制律计算：计算消除期望轨迹与实际轨迹误差所需的控制量τ；

其中，步骤四中所述的神经网络设计，其计算方法如下：

1)计算实际速度与期望速度的误差：z₂＝v-α；

2)定义神经网络变量θ：

θ＝[u v r uv ur vr]^T

将前进速度u、横向速度v和偏航角速度r及其两两乘积作为神经网络中的变量；

3)计算径向基函数向量Φ(θ)∈R^l；

Φ(x)＝[φ₁(x),φ₂(x),...φ_l(x)]^T；

μ_i∈R与ε_i∈R分别为函数φ_i(x)的中心值与范围；

4)计算神经网络权估计值矩阵l＝神经网络节点数；Γ₁＝Γ₁^T为正定矩阵；k_w为一个小数值正数；

5)计算不确定项估计值Γ₂＝Γ₂^T为正定矩阵；k_ξ为一个小数值正数；

其中，步骤五中所述的辅助控制系统设计，其设计方法如下：

利用高斯误差函数，设计光滑的非对称饱和执行器的模型：

为饱和执行器的输出及系统的输入，执行器输入输出的关系可被表示为：

其中，是不考虑执行器饱和下的控制量，可看做饱和执行器的输入；和分别是输出上下限；但是此时输入与输出的关系曲线是不平滑的，无法使用反步法进行设计，因此定义一个新的饱和执行器模型：

其中，sign(·)为标准双曲正选函数，erf(·)为高斯误差函数；

其中，步骤六中所述的模型控制律，其计算方法如下：

1)计算期望速度对时间的导数：

其中，为期望轨迹对时间求二阶导数；

2)计算饱和执行器输入量

其中k₁∈R^3×3，k₂∈R^3×3，均为正定的对称矩阵；ρ为一个小数值正数；

3)将误差向量z₁＝η-η_d、z₂＝υ-α以及上述α、的表达式代入上式中，可得饱和执行器输入命令的最终表达式：

4)计算控制量τ：

将代入上述饱和执行器模型中，得到最终的模型控制律τ。

2.根据权利要求1所述的一种执行器非对称饱和的水面舰船轨迹跟踪控制方法，其特征在于：步骤一中所述的给定期望跟踪轨迹包括：期望轨迹为η_d＝[x_d,y_d,ψ_d]^T，三个分量表示含义为：(x_d,y_d)表示期望平面位置，ψ_d表示期望偏航角。