[发明专利]一种基于滑模技术的UMV状态时滞系统的自适应容错控制方法

说明书

本发明提供一种基于滑模技术的UMV状态时滞系统的自适应容错控制方法，包括：构建一个推进器故障模型和扰动的UMV状态时滞系统；针对构建的UMV状态时滞系统，设计滑模面；基于设计的滑模面，设计滑模容错控制器。基于设计的滑模容错控制器，设计自适应机制，完成自适应滑模容错控制策略。本发明的技术方案基于滑模技术，采用容错控制与自适应机制相结合的方法，不仅克服了状态时滞和各种推进器故障对UMV的负面影响，还可以在线估计各种未知参数。

技术领域

本发明涉及无人船容错控制技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于滑模技术的UMV状态时滞系统的自适应容错控制方法。

背景技术

UMV是一个通用的术语，包括unmanned/autonomous underwater vehicle(UUV/AUV)和unmanned surface vessel(USV)。随着近几十年海洋开发的快速发展，对UMV的运动控制研究吸引了大量国内外的研究者。主要的研究领域包括：动力定位、航向控制、轨迹跟踪、目标跟踪等；主要的技术方法涉及：滑模控制、反步法、事件触发、神经网络等。在复杂的海洋条件下，研究状态时滞和推进器故障对UMV的影响，对高精度且准确地控制UMV(减小偏航角误差)具有很高的实际意义。

针对UMV运行过程中存在的状态时滞、推进器故障和海洋扰动等问题，存在很多已有的结果。文献《Fault monitoring and re-configurable control for a shippropulsion plant》(International Journal of Adaptive Control and SignalProcessing，1998，vol.12 no.8)开创性地提出了一种容错控制方法，该技术通过故障检测与诊断模块，来提高船舶工作的可靠性。文献《Finite-time trajectory tracking fault-tolerant control for surface vessel based on time-varying sliding mode》(IEEEAccess，2017，vol.6)通过引入径向基函数，并将自适应控制技术与滑模控制相结合，设计了一个新的鲁棒容错跟踪控制器，有效地解决了在存在参数不确定性、额外扰动和推进器故障时的轨迹跟踪问题。基于网络控制技术，文献《Network-based modelling anddynamic output feedback control for unmanned marine vehicles in networkenvironments》(Automatica，2018，vol.91)为网络环境下的UMV设计了一个动态输出反馈控制器，解决了网络通信中存在的丢包和时延问题，从而减小了偏航角误差和幅值。文献《Fault tolerant control of UMV based on sliding mode output feedback》(AppliedMathematics and Computation，2019，vol.359)设计了一个鲁棒滑模容错输出反馈控制器，该控制器的设计分为两步：一步是基于矩阵的满秩分解技术，采用矩阵不等式的方法，设计滑模面；另一步是设计输出反馈控制器，补偿各种推进器故障(失效、中断，时变卡死故障)。

当UMV执行任务时，由于复杂的海洋环境，不可避免地会遭受各种推进器故障。而且因为UMV与陆地控制台之间通过网络进行连接，状态时滞现象也时常发生。然而，已有技术考虑的情况单一，不能很好地解决这些问题。

发明内容

为了补偿推进器故障和鲁棒状态时滞，本发明基于滑模控制技术，提出了一种UMV状态时滞系统的自适应容错控制方法。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于滑模技术的UMV状态时滞系统的自适应容错控制方法，包括如下步骤：

S1、构建一个包含推进器故障型和扰动的UMV状态时滞系统；

S2、针对步骤S1中构建的UMV状态时滞系统，设计滑模面；