[发明专利]一种基于事件触发方案和T-S模糊系统的欠驱动无人艇控制方法

说明书

本发明公开了一种基于事件触发方案和T‑S模糊系统的欠驱动无人艇控制方法，包括以下步骤：1)建立考虑网络时延影响下的欠驱动无人艇的运动模型；根据运动模型获得欠驱动无人艇的非线性系统模型；2)利用T‑S方法将非线性系统模型模糊化得到无人艇模糊系统模型；3)事件触发方案和T‑S模糊控制器协同设计，得到最终的无人艇模糊系统分析模型；4)根据欠驱动无人艇闭环控制系统全局稳定的线性矩阵不等式，确定无人艇控制系统模型的事件触发矩阵W和控制器的增益矩阵K使控制系统稳定。本发明方法能有效地解决欠驱动无人艇镇定控制问题，同时，在保证系统性能的前提下，解决通信时延以及网络资源受限问题。

技术领域

本发明涉及无人艇运动控制技术，尤其涉及一种基于事件触发方案和T-S模糊系统的欠驱动无人艇控制方法。

背景技术

信息技术，网络技术和人工智能的发展使得船舶智能化成为未来的主流趋势。无人驾驶和智能控制是实现船舶智能的重要基础。欠驱动无人艇的全局稳定控制问题，因其挑战性及其在航海领域内广泛的实际应用，欠驱动无人艇是指在缺少横向推力的情况下只依靠纵向推力和转向力矩(控制自由度少于运动自由度)控制运动的一类船舶。

为了确保实际应用中无人艇的高精度和可靠性，对无人艇的操控通常是基于网络环境下的岸基或者母船的控制中心来实现的。由于通信网络的引入会不可避免的产生网络诱导时延、数据包丢失等问题，设计一种能处理通信时延、系统非线性等问题的无人艇控制器是无人艇全局稳定控制的重要内容之一。Wang.Y.L等针对通信网络存在网络诱导时延和数据丢包的无人艇运动控制系统，设计了基于观测器的无人艇运动控制器。Ding.F.G等采用反步法和自适应滑模法协同设计的控制器，解决了具有未知干扰的欠驱动水面船舶的控制问题，所提出的控制器可以保持系统渐近稳定，抑制未知干扰。因此，考虑存在网络资源受限的欠驱动无人艇控制系统在受到通信时延的影响时，如何建立基于网络环境下的T-S模糊控制欠驱动无人艇运动模型具有很大的实际意义。同时，基于网络环境下的事件触发方案和T-S模糊控制器的协同设计也是亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于事件触发方案和T-S模糊系统的欠驱动无人艇控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于事件触发方案和T-S模糊系统的欠驱动无人艇控制方法，包括以下步骤：

1)建立考虑网络时延影响下的欠驱动无人艇的运动模型；根据运动模型获得欠驱动无人艇的非线性系统模型；

2)利用T-S方法将非线性系统模型模糊化得到无人艇模糊系统模型；

3)事件触发方案和T-S模糊控制器协同设计，得到最终的无人艇模糊系统分析模型；

4)根据欠驱动无人艇闭环控制系统全局稳定的线性矩阵不等式，确定无人艇控制系统模型的事件触发矩阵W和控制器的增益矩阵K使控制系统稳定。

按上述方案，所述步骤1)中欠驱动无人艇的运动模型如下：

其中，u,v,r分别表示无人艇三自由度的横荡，纵荡和艏摇，m₁₁,m₂₂,m₃₃为船体惯性参数，d₁₁,d₂₂,d₃₃为水动力阻尼系数，τ₁,τ₃分别表示纵向推进力和转向力矩，s₁,s₂,s₃表示转换后的坐标。

按上述方案，所述步骤1)中根据运动模型获得欠驱动无人艇的非线性系统模型，具体如下：

其中，