[发明专利]一种无人艇状态估计观测器设计方法

权利要求书

1.一种无人艇状态估计观测器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：利用坐标变换将无人艇数学模型转化为标准形式，并设计通信网络传输方案；

步骤二：将状态变量与量化误差进行增广构造新的增广系统；

步骤三：设计基于量化数字信号的比例微分观测器，得到误差方程；

步骤四：判断误差系统的稳定性；

步骤一所述利用坐标变换将无人艇数学模型转化为标准形式具体为：

无人艇数学模型满足：

y_c(t)＝C_cx_c(t)

其中，状态向量x_c(t)＝[v(t) r(t) ψ(t) p(t) φ(t)]^T，干扰向量d(t)＝[w_ψ w_φ]^T，控制输入u(t)＝δ(t)；变量v(t)，ψ(t)，φ(t)，r(t)和p(t)分别表示舵产生的无人艇横荡速度，航向角，横摇角，平摆速度和横摇速度；δ(t)表示舵角；w_φ(t)和w_ψ(t)表示海浪引起的横摇角和航向角的扰动；T_v和T_r是时间常数；K_vr，K_dv，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，系统矩阵表示为：

C_c∈R^p×5为测量输出矩阵；

假设正常的测量输出通道不小于3个，即p满足于p≥3；干扰d(t)满足于为已知的d(t)的范数最大值，求取可逆阵T∈R^5×5和S∈R^p×p，将无人艇模型的参数矩阵转换为标准形式：

TA_cT^-1＝A,TB_c＝B,

其中，A∈R^5×5，D∈R^5×2，B∈R^5×1，C∈R^p×5，D₁∈R^2×2是可逆的；

通过坐标变换x(t)＝Tx_c(t)，y(t)＝Sy_c(t)，得到：

其中，x₁(t)∈R²，y₁(t)∈R²。

2.根据权利要求1所述的一种无人艇状态估计观测器设计方法，其特征在于：步骤一所述设计通信网络传输方案具体为：

设计两个相同的观测器，观测器搭1建在传感器端，用来构造估计误差；观测器2建立在控制模块中，用来对无人艇状态的监控；观测器1得到状态变量x₁(t)的估计值并构造估计误差通过量化器1进行量化后利用数字传输通道同时传输到两个观测器中；另一方面，传感器将测量输出信号y₂(t)直接通过量化器2量化后利用数字传输通道再次传输到两个观测器；所述两个量化器均采用如下动态均匀量化器：

其中，q(·)代表量化器输出值，为取整函数，μ_z量化精度；量化器1的量化误差ε_e(t)＝q(e₁)-e₁(t)和量化器2的量化误差ε(t)＝q(y₂)-y₂(t)满足于：

其中，量化器1的量化精度量μ₁将实时地随着e₁(t)进行更新，更新率满足于：

其中，0＜k＜1为给定常数；

得到带有量化数字信号的无人艇数学模型为：