[发明专利]一种海面全驱动船舶的自适应跟踪控制方法及系统

权利要求书

1.一种带有输出约束的海面全驱动船舶的自适应跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取海面全驱动船舶系统动态模型；

接收用户设定的期望目标轨迹和输出约束条件，其中，所述输出约束条件包括轨迹误差和船舶横荡速度误差；

根据所述输出约束条件和全驱动船舶系统动态模型，计算船舶控制参数并输出至船舶控制系统；

船舶控制输入参数的计算公式为：

其中，τ表示系统的控制输入向量，J_i(z₁)表示非奇异转换矩阵J(z₁)的第i行，是不确定常数向量θ的在线估计，其中γ∈R^3×3为正定对称矩阵；z₁表示状态运动轨迹，e₁＝[e₁₁,e₁₂,e₁₃]^T＝z₁-η_d表示轨迹误差，z₂表示横档速度，e₂＝[e₂₁,e₂₂,e₂₃]^T＝z₂-μ表示船舶横荡速度误差；为退化矩阵，σ(i)为自定义的符号函数；a_i,b_i,i＝1,2,3为设定的轨迹误差，满足：-b₁≤x(t)-x_d(t)≤a₁，-b₂≤y(t)-y_d(t)≤a₂，-b₃≤ψ(t)-ψ_d(t)≤a₃，其中，x(t)、y(t)和ψ(t)分别表示状态运动轨迹中t时刻的船舶在大地坐标系下的横纵坐标和艏摇角，x_d(t)、y_d(t)和ψ_d(t)分别表示目标轨迹中t时刻的船舶在大地坐标系下的横纵坐标和艏摇角；自适应律估计为：

其中，Γ为正定对称矩阵。

2.如权利要求1所述的一种带有输出约束的海面全驱动船舶的自适应跟踪控制方法，其特征在于，计算船舶控制参数前，还接收用户设定的初始化参数，所述初始化参数包括：船舶在大地坐标系下的位置坐标和艏摇角、船舶的纵向速度，横荡速度以及艏摇角速度。

3.如权利要求2所述的一种带有输出约束的海面全驱动船舶的自适应跟踪控制方法，其特征在于，所述海面全驱动船舶系统动态模型为：

其中向量η＝[η₁,η₂,η₃]^T＝[x,y,ψ]^T，v＝[v₁,v₂,v₃]＝[u,υ,r]^T，(x,y)和ψ分别表示船舶在大地坐标系下的位置坐标和艏摇角，u，υ，r分别代表船舶的纵向速度，横荡速度以及艏摇角速度，J(ψ)是非奇异的转换矩阵，τ表示系统的控制输入向量，M是正定对称惯性矩阵，C(v)是中心和哥氏力矩矩阵，D(v)是阻尼矩阵，g(η)是由重力、洋流和浮流所造成的恢复力矩向量。

4.如权利要求1所述的一种带有输出约束的海面全驱动船舶的自适应跟踪控制方法，其特征在于，设定的所述轨迹误差包括船舶的位置坐标和艏摇角误差。