[发明专利]基于饱和补偿技术的水面无人艇全状态约束轨迹跟踪控制方法

权利要求书

1.基于饱和补偿技术的水面无人艇全状态约束轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述基于饱和补偿技术的水面无人艇全状态约束轨迹跟踪控制方法包括以下步骤：

步骤一、建立水面无人艇的动力学模型；

步骤二：根据步骤一建立的水面无人艇的动力学模型，设计饱和补偿辅助系统；

步骤三：根据步骤二设计的饱和补偿辅助系统，建立水面无人艇控制律τ的饱和函数；

步骤四：根据步骤三建立的水面无人艇控制律τ的饱和函数，建立水面无人艇的闭环系统；

步骤五：采用自适应法处理外界干扰H，得到自适应估计误差

步骤六：根据步骤五得到的自适应估计误差确定水面无人艇的控制律τ和自适应律实现对水面无人艇的全状态约束轨迹跟踪控制；

所述步骤一中建立水面无人艇的动力学模型的具体过程为：

随体坐标系o-xy的坐标原点o位于水面无人艇的重心处，x轴沿中纵轴线从船尾指向船首，y轴指向左舷；地面坐标系O-XY的坐标原点O位于系泊线和系泊终端的连接处，X、Y轴与随体坐标系的x、y轴在同一平面内；

3自由度、多输入多输出的水面无人艇的动力学模型如下：

其中空心表示实数域；(η_x,η_y)表示地面坐标系下的位置，η_ψ表示地面坐标系下的航向角；为η的一阶导数；为无人舰的速度向量，其中，v_x为纵荡的速度，v_y为横荡的速度，v_ψ为艏摇的速度；为期望控制输入；是一个对称正定的惯性矩阵，代表向心力和科氏力矩阵，为阻尼矩阵，g(η)代表由重力、海流和浮力引起的恢复力，H为外界干扰；J(η)为从随体坐标系到地面坐标系的非奇异转换矩阵；

所述步骤二中根据步骤一建立的水面无人艇的动力学模型，设计饱和补偿辅助系统的具体过程为：

采用抗饱和补偿器对饱和函数进行处理，设计饱和补偿辅助系统：

其中M为对称正定惯性矩阵，C₁,C₂为对角线元素均为正常数的对角阵，ζ₁,ζ₂为饱和补偿辅助系统的输出，J为从随体坐标系到地面坐标系的非奇异转换矩阵，Δτ为期望控制输入τ与实际控制输入sat(τ)之间存在的差值；

对位置的误差变量z₁和速度的误差变量z₂进行重新定义：

其中x₁表示水面无人艇的位置，x₂表示水面无人艇速度，x_d为位置的期望轨迹，α为虚拟控制函数。

2.根据权利要求1所述基于饱和补偿技术的水面无人艇全状态约束轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述步骤三中根据步骤二设计的饱和补偿辅助系统，建立水面无人艇控制律τ的饱和函数的具体过程为：

饱和函数sat(τ)表达为如下形式：

sat(τ)＝[sat(τ₁),sat(τ₂),sat(τ₃)]^T

其中，sat(τ_i)＝sgn(τ_i)min{τ_imax,|τ_i|},i＝1,2,3，sgn(τ_i)为关于τ_i的符号函数，τ_imax为饱和函数幅值，Δτ表示为：

Δτ＝sat(τ)-τ。