[发明专利]一种考虑输入饱和的水面无人艇误差约束控制方法

权利要求书

1.一种考虑输入饱和的水面无人艇误差约束控制方法，其特征在于：所述方法具体过程为：

步骤一、建立水面无人艇的闭环系统；

步骤二、对步骤一建立的水面无人艇的闭环系统进行饱和特性的处理，得到考虑饱和特性的水面无人艇的闭环系统；

步骤三、对步骤二得到的考虑饱和特性的水面无人艇的闭环系统进行误差约束处理，将误差变量约束在规定范围内；

步骤四、对步骤二得到的考虑饱和特性的水面无人艇的闭环系统进行不确定性处理，对未知参数进行估计；

步骤五、基于步骤三的误差约束处理和步骤四的不确定性处理，确定水面无人艇的闭环系统的控制律和自适应律；

所述步骤一中建立水面无人艇的闭环系统；具体过程为：

确定对称正定的惯性矩阵M，向心力和科氏力矩阵C(ν)，以及阻尼矩阵D(ν)；

基于对称正定的惯性矩阵M，向心力和科氏力矩阵C(ν)，以及阻尼矩阵D(ν)，确定水面无人艇从随体坐标系到地面坐标系的非奇异转换矩阵J(η)；

建立期望轨迹x_1d＝[x_11d(t),x_12d(t),x_13d(t)]^T

其中，x_1d为在大地坐标系下η_x、η_y、η_ψ位置的期望轨迹；x_11d为在大地坐标系下η_x位置的期望轨迹；x_12d为在大地坐标系下η_y位置的期望轨迹；x_13d为在大地坐标系下η_ψ位置的期望轨迹；T为转置；t为时间；

令x₁＝η,x₂＝ν，建立水面无人艇的动力学模型：

其中，x₁为目标水面无人艇相对于地面坐标系的位置分量和航向，x₂为目标水面无人艇的纵荡、横荡和艏摇的速度，η＝[η_x,η_y,η_ψ]为目标水面无人艇相对于地面坐标系的位置分量和航向；v＝[v_x,ν_y,ν_ψ]为目标水面无人艇的纵荡、横荡和艏摇的速度；为x₁关于时间t的一阶导数，为x₂关于时间t的一阶导数，J(x₁)为水面无人艇从随体坐标系到地面坐标系的非奇异转换矩阵，M为对称正定的惯性矩阵，τ为控制输入，C(x₂)为向心力和科氏力矩阵，D(x₂)为阻尼矩阵，g(x₁)为由重力、海流和浮力引起的恢复力，w为外界干扰；

设计虚拟控制函数根据误差变量的定义，得：

z₁＝[z₁₁,z₁₂,z₁₃]^T＝x₁-x_d (2)

z₂＝[z₂₁,z₂₂,z₂₃]^T＝x₂-α (3)

其中，J为水面无人艇从随体坐标系到地面坐标系的非奇异转换矩阵，K₁₁为正的常数，K₁为正的常数，k_b为||z₁||的约束边界，x_d为位置的期望轨迹，为x_d关于时间t的一阶导数，z₁为关于位置的误差变量，z₂为关于速度的误差变量，z₁₁为大地坐标系下η_x位置的实际与期望轨迹的差值，z₁₂为大地坐标系下η_y位置的实际与期望轨迹的差值，z₁₃为大地坐标系下η_ψ位置的实际与期望轨迹的差值，α为虚拟控制函数；z₂₁为纵荡速度v_x的实际与期望轨迹的差值；z₂₂为横荡速度v_y实际与期望轨迹的差值；z₂₃为艏摇速度v_ψ实际与期望轨迹的差值；

结合式(1)、式(2)和式(3)，建立水面无人艇的闭环系统：

其中，为z₁关于时间t的一阶导数，为z₂关于时间t的一阶导数，为α关于时间t的一阶导数。