[发明专利]一种随机干扰下的无人艇跟踪误差约束控制方法

权利要求书

1.一种随机干扰下的无人艇跟踪误差约束控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)：构建无人艇的运动学模型，所述无人艇的运动学模型为：

其中，η＝[x y ψ]^T表示无人艇在大地坐标系(O_e X_e Y_e)下的位置(x，y)和大地坐标系下的航向角ψ；υ＝[u，v，r]^T中的各分量对应于体坐标系(o_b x_b y_b)下的前进速度u、横荡速度v和转向角速度r；旋转矩阵J(ψ)为

(2)：考虑海洋动态环境中存在着外界随机干扰，将无人艇动力学模型描述为标准的非线性随机模型形式，所述标准的非线性随机模型为：

dv＝(f(v，q)+Φ(v)θ+τ^*)dt+Φ(v)Δ(t)dω

其中ω表示6维标准维纳过程，在上述这个非线性随机系统中，Φ(v)θ表示波浪、风和洋流引起的力和力矩的平均值，而表示其随机分量；

(3)：根据跟踪误差，采用正切障碍李雅普诺夫函数确保距离误差满足约束条件，所述跟踪误差的具体定义为：

z₁₁＝x-x_d，

z₁₂＝y-y_d，

z₁₃＝ψ-ψ_d，

z₂＝v-α，

其中，z_1i，i＝1，2，3为设计的无人艇的跟踪距离误差和方位角误差；

(4)：运用反步设计法针对误差系统进行虚拟控制器设计；

(5)：估计无人艇模型中的未知参数θ和Δ；

(6)：基于步骤(3)到步骤(5)中的正切障碍李雅普诺夫函数、自适应控制技术、反步设计法设计控制器。

2.根据权利要求1所述一种随机干扰下的无人艇跟踪误差约束控制方法，其特征在于，步骤(2)中，存在随机干扰的无人艇的动力学方程为：

其中，M_RB＞0和M_A＞0分别为艇和附加质量的惯性矩阵；C_RB(υ)和C_A(υ_r)分别为艇和附加质量的总的科氏力和向心加速度矩阵；D为阻尼矩阵；τ表示无人艇的控制输入；τ_ωind和τ_ωave表示由于海风和海浪产生的外部扰动；矩阵M_RB，M_A，C_RB(v)，C_A(v)和D的具体形式分别如下所示：

其中

其中，m是无人艇的质量；I_z是转向角速度方向上的转动惯量；和均是附加质量；x_g是无人艇在x_b坐标上的重心；X_(.)，Y_(.)和N_(.)分别是在前进速度方向、横荡速度方向和转向角速度方向上的线性流体动力学阻尼系数。