[发明专利]一种双泵喷水推进无人艇推力动态分配方法

权利要求书

1.一种双泵喷水推进无人艇推力动态分配方法，其特征在于，包括：

根据选定的双泵喷水推进无人艇矢量控制任务，设计轨迹跟踪控制律得到航行任务指令信号；

设计滑模矢量控制器，根据航行任务指令信号获得对应于选定矢量控制任务的合力矩和合推力设定值；

设计推力动态分配目标函数，并根据双泵喷水推进无人艇各操纵变量物理约束对待寻优变量的约束范围进行限定；

采用优化算法求解推力动态分布的优化问题，获得两台喷水推进器的指令信号。

2.根据权利要求1所述的双泵喷水推进无人艇推力动态分配方法，其特征在于，所述双泵喷水推进无人艇矢量控制任务包括横移或斜移，所述航行任务指令信号包括当前时刻的纵向速度、横向速度及艏摇角速度的设定值；其中，所述艏摇角速度的设定值为0。

3.根据权利要求2所述的双泵喷水推进无人艇推力动态分配方法，其特征在于，所述根据选定的双泵喷水推进无人艇矢量控制任务，设计轨迹跟踪控制律得到航行任务指令信号，包括：

基于喷水推进无人艇水平面三自由度航行任务，设横移或斜移任务航行期望重心轨迹为(x_d,y_d)，无人艇实际重心轨迹为(x,y)，则轨迹跟踪误差(x_e,y_e)定义为：

x_e＝x-x_d,y_e＝y-y_d (1)

基于无人艇轨迹跟踪误差设计虚拟轨迹跟踪控制律，即横向速度设定值u_d和纵向速度设定值v_d：

式(2)中，ψ表示艏摇角，k和C是轨迹跟踪虚拟控制率待定参数，k0，C0，由于：

代入式(2)可得：

式(4)中，u表示无人艇纵向速度，v表示无人艇横向速度；

当无人艇实际速度能够跟踪上速度设定值时，有u-u_d＝0及v-v_d＝0时，式(4)化简为：

选取Lyapunov函数V：

求取一阶导数为：

公式(7)中，当t趋于无穷大时，轨迹跟踪误差x_e(t)和y_e(t)趋于0，由此可知所设计的期望速度跟踪回路能够可完成位置跟踪任务；其中，参数k越大，跟踪速度越快；参数C越大，纠正轨迹跟踪误差能力越强。

4.根据权利要求1所述的双泵喷水推进无人艇推力动态分配方法，其特征在于，所述对应于选定矢量控制任务的合力矩和合推力设定值包括：完成既定矢量控制任务所需的纵向推力X、横向推力Y和艏摇力矩N。

5.根据权利要求4所述的双泵喷水推进无人艇推力动态分配方法，其特征在于，所述滑模矢量控制器对航行任务指令信号进行跟踪，滑模趋近率采用饱和函数。

6.根据权利要求1所述的双泵喷水推进无人艇推力动态分配方法，其特征在于，所述推力动态分配目标函数兼顾双泵喷水推进无人艇稳定性、动态响应特性和稳态跟踪精度要求；所述双泵喷水推进无人艇各操纵变量物理约束包括：正航、倒航时喷水推进器产生的最大推力及最快推力变化速率以及操舵、倒航机构最大转动角度及最快转动角度变化速率；所述待寻优变量是指动态更新的主机转速设定值、操舵角和倒航角设定值。