[发明专利]一种基于动态量化器的远程遥控无人艇航向容错控制方法

说明书

本发明属于无人舰艇的控制技术领域，具体涉及一种基于动态量化器的远程遥控无人艇航向容错控制方法。本发明有效消除了远程遥控无人艇与控制中心在网络通信过程中，量化器的量化行为对于无人艇性能的影响。本发明设计的量化器参数与容错控制率保证了滑模面的可达性以及无人艇闭环系统的稳定性。本发明充分考虑了无人艇在复杂海洋环境作业时可能出现的舵机磨损与故障情况，结合滑模控制技术抑制了舵机效率下降对于无人艇性能的影响。在通信网络存在量化情形下，提高了远程遥控无人艇航行过程中的可靠性。

技术领域

本发明属于无人舰艇的控制技术领域，具体涉及一种基于动态量化器的远程遥控无人艇航向容错控制方法。

背景技术

远程遥控无人艇常常以陆基/母船为控制中心，通过建立控制中心与无人艇间的通信网络，实现对无人艇的远程控制。这种基于通信网络的遥控无人艇具有操作简便、成本低廉等特点，因此在海洋勘探，海洋安全等领域有着广泛的应用。然而，在控制中心与远程遥控无人艇的通信网络中，由于网络传输能力的限制，数据必须经过量化处理后才可以被网络所接收，这种量化行为不可避免地破坏了信息的完整性和精确性，甚至可能会产生极限环影响无人艇的稳定性，因此，研究量化器参数设计方法对于提高远程遥控无人艇的性能有着重要的意义。

另一方面，无人艇系统结构日趋复杂，对于其安全性和稳定性要求也越来越高。由于无人艇长期处于恶劣的海洋环境中作业，并且承担复杂多变的探测任务，因此航行过程中容易造成舵机的磨损与故障导致舵机的效率下降，这不仅影响无人艇系统的整体控制性能，甚至可能引起重大的经济损失。因此，研究远程遥控无人艇的容错控制方法，对于提高无人艇的可靠性与安全性，改善无人艇的运行性能和工作状态有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供解决现有远程遥控无人艇通信网络中信号量化行为对于控制性能的影响，保证舵机存在部分失效情形下无人艇的安全性与可靠性的一种基于动态量化器的远程遥控无人艇航向容错控制方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：

步骤1：获取当前时刻无人艇的状态向量x(t)；

x(t)＝[v(t) r(t) ψ(t) p(t) φ(t)]^T

其中，变量v(t)、r(t)、ψ(t)、p(t)和φ(t)分别表示舵产生的无人艇横移速度、平摆速度、航向角、横摇速度和横摇角；

步骤2：计算当前时刻无人艇的滑模面s(t)；

其中，F＝(B^TB)^-1B^T；K＝YQ^-1；A和B为系统矩阵，公式为：

其中，T_v和T_r是时间常数；K_vr，K_dv，K_dr，K_dp，K_vp是已知的增益；w_n和ζ分别表示无阻尼固有频率和阻尼比；矩阵Q∈R^5×5，Y∈R^1×5满足：

其中，常数ε＞0；K＝YQ^-1；I是单位矩阵；

步骤3：将无人艇状态向量x(t)输入到第一量化器中，得到量化信号q_s(s)；将滑模面s(t)输入第三量化器中，得到量化信号q_x(x)；将量化信号q_s(s)和q_x(x)通过网络传输到控制中心；

所述的第一量化器为：