[发明专利]一种基于蜻蜓算法优化的水面船轨迹跟踪全局鲁棒滑模控制方法

权利要求书

1.一种基于蜻蜓算法优化的水面船轨迹跟踪全局鲁棒滑模控制方法，其特征在于：包含如下步骤：

步骤(1)：建立船舶三自由度运动模型，通过测量系统获取船舶的位置及艏向；

步骤(2)：利用非线性估计滤波器滤去波浪力中的一阶高频干扰力及测量噪声，将得到的真实船舶位置和真实船舶艏向信息传递给轨迹跟踪滑模控制器；

步骤(3)：设计基于全局鲁棒的轨迹跟踪滑模控制器，保证轨迹误差收敛为0；

步骤(3.1)：定义轨迹跟踪误差：η_e＝η-η_d；

上式中，η＝[x(t) y(t) ψ(t)]^T表示实际运动轨迹，x(t)、y(t)表示实际船舶位置，ψ(t)表示实际船舶艏向角，η_d＝[x_d(t) y_d(t) ψ_d(t)]^T表示期望运动轨迹，x_d(t)、y_d(t)表示期望船舶位置，ψ_d(t)表示期望船舶艏向角；

步骤(3.2)：设计轨迹跟踪的全局鲁棒滑模面：

s＝Cη_e+η_e-F(t)；

上式中，C＝[C₁ C₂]^T∈R²为正定对角矩阵；

F(t)为时变约束函数：

上式中，t₁为待定常量，η_e0为初始轨迹误差，0＜A＜1；

步骤(4)：根据实际中对响应速度、稳定性的要求设计巴特沃斯低通滤波器，在轨迹跟踪滑模控制器后接入设计的巴特沃斯低通滤波器，过滤高频抖振；

步骤(5)：引入蜻蜓优化算法，对轨迹跟踪滑模控制器中重要参数寻优，实现快速收敛；

步骤(5.1)：定义各参数设置：定义控制参数C₁、C₂、A，蜻蜓种群数N以及空间维数d,及迭代次数上限，惯性权重w,且0＜A＜1；

步骤(5.2)：初始化蜻蜓种群，给出种群的位置X和步长向量△x，将参数组合C₁、C₂、A设为每只蜻蜓要为控制器优化的组合；

步骤(5.3)：计算各权重值：根据第一步中的初始值，随机初始化相邻半径r,避碰权重s、列队权重a、聚集权重c、食物权重f、天敌权重e，惯性权重w；

步骤(5.4)：计算每只蜻蜓对收敛时间的适应度值；

步骤(5.5)：计算各蜻蜓行为度，并更新位置；

步骤(5.6)：判断是否满足算法终止条件，若是则输出蜻蜓最大适应度值和最优值对应的蜻蜓的参数组合C₁、C₂、A；否则迭代次数加1，执行步骤(5.3)；

步骤(6)：将轨迹跟踪滑模控制器、巴特沃斯低通滤波器及非线性估计滤波器与水面船构成闭环系统，输入期望轨迹，得到实际轨迹。