[发明专利]基于虚拟艇自适应规划的欠驱动无人艇编队智能控制方法

说明书

本发明涉及一种基于虚拟艇自适应规划的欠驱动无人艇编队智能控制方法，包括以下步骤：1)设定队形并进行参数初始化；2)采集领导艇的位置坐标(x_L,y_L)和艏向角ψ_L，进行滤波后传输给跟随艇；3)根据队形以及领导艇的位置坐标和艏向角信息实时获取跟随艇在编队中的参考位置(x_r,y_r)和参考运动姿态ψ_r；4)引入虚拟艇并进行实时自适应规划获取跟随艇的参考航迹；5)采用RBF神经网络和最小参数学习算法组合策略对学习参数进行在线训练，生成智能编队控制信号，包括跟随艇的主机转速n_F和舵角命令信号δ_F。与现有技术相比，本发明具有适应曲线路径任务、避免过顶、无需领导艇速度信息、简单便捷、实时性强等优点。

技术领域

本发明涉及海洋工程无人艇控制技术领域，尤其是涉及一种基于虚拟艇自适应规划的欠驱动无人艇编队智能控制方法。

背景技术

在开发利用海洋方面，无人艇作为海上最为典型的无人智能平台系统，引起了国家的高度重视。无人艇具有吃水浅、速度快、机动性强等优点，可大量应用于海洋科研、海洋开发、海洋环境监测、海洋权益维护等军事和民用任务中。

随着环境的复杂化和任务的多样化，单无人艇不仅需要在自身的能力范围内独自执行任务，还需要与其它无人艇联合完成任务，无人艇编队技术逐渐受到广泛关注。无人艇编队是指具有保持固定或临时队形能力的无人艇集群。相比于单无人艇作业，通过保持预设队形，无人艇群具有更大的作业范围、更强的容错能力以及更高的资源利用率，对于完成水上任务具有重要意义。

虽然无人艇编队的思想很直观，但在实际工程中实现无人艇编队面临诸多挑战，涉及到无人艇群环境感知、自主导航、避碰避障、任务实时规划、队形控制等一系列问题。目前国内在欠驱动无人艇编队队形控制方面研究的局限性主要体现在如下两个方面：

其一，体现在曲线路径场景应用方面。目前关于欠驱动无人艇编队队形控制的绝大部分研究在大地坐标系下展开，所获得的队形为绝对队形，无法满足曲线路径任务下的编队巡航需求；使用绝对队形进行编队的另一弊端是队形设置时存在过顶问题，即无法实现跟随艇与领导艇在同一竖直直线下的队形保持。如何实现在曲线路径场景下进行有效编队同时避免队形设置时的过顶问题亟需解决。

其二，体现在算法工程化实现方面。随着控制方法的智能化发展，出现了很多欠驱动无人艇编队的智能控制方法，特别是基于神经网络的编队控制方法，可有效解决无人艇模型不确定以及外界环境扰动问题。但这些基于神经网路的编队智能控制方法在工程化实现过程中都存在维数灾问题，即随着神经网络隐含层节点数目的增多，在线学习参数也越来越多，从而导致在线学习时间过长，难以满足工程实时性需求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于虚拟艇自适应规划的欠驱动无人艇编队智能控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于虚拟艇自适应规划的欠驱动无人艇编队智能控制方法，包括以下步骤：

1)设定队形并进行参数初始化；

2)采集领导艇的位置坐标(x_L,y_L)和艏向角ψ_L，进行滤波后传输给跟随艇；

3)根据队形以及领导艇的位置坐标和艏向角信息实时获取跟随艇在编队中的参考位置(x_r,y_r)和参考运动姿态ψ_r；

4)引入虚拟艇并进行实时自适应规划获取跟随艇的参考航迹；