[发明专利]一种船舶编队控制方法、装置及存储介质

权利要求书

1.一种船舶编队控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立多个船舶的运动学模型；

根据所述船舶的运动学模型确定船舶系统模型；

采用领导者-跟随者的编队方式根据所述船舶系统模型确定船舶的编队控制律；

当船舶编队结构变化构造船舶的势场函数；

根据所述势场函数确定船舶的控制输入；

构造李雅普诺夫函数以稳定所述船舶的控制输入。

2.根据权利要求1所述的船舶编队控制方法，其特征在于，所述船舶的运动学模型为：

其中，η＝[x,y,ψ]^T，x表示在大地坐标系下船舶的纵向坐标，y表示在大地坐标系下船舶的横向坐标，ψ表示在大地坐标系下船舶的首向角；表示船体坐标系转换为大地坐标系的转换过程；ν＝[u,v,r]^T，u表示在船体坐标系下船舶的纵向速度，v表示在船体坐标系下船舶的横向速度，r表示在船体坐标系下船舶的首向速度；M为船舶的质量矩阵，D(v)表示船舶的阻尼矩阵，C(v)表示船舶的科氏力矩阵；τ_wind+τ_wave＝[τ_udt,τ_vdt,τ_rdt]^T，τ_udt表示在船体坐标系下船舶在纵向方向受到的外部环境扰动，τ_vdt表示在船体坐标系下船舶在横向方向受到的外部环境扰动，τ_rdt表示在船体坐标系下船舶在首向角方向受到的外部环境扰动；τ表示船舶的控制力矩。

3.根据权利要求2所述的船舶编队控制方法，其特征在于，所述船舶系统模型表示为：

其中，p(t)∈R，q(t)∈R，u(t)∈R，p(t)表示船体坐标系下船舶的位置，p＝[p_x,p_y]^T，p_x＝x，p_y＝y；q(t)表示船体坐标系下船舶的速度，q＝[q_x,q_y]^T，q_x＝u，q_y＝v；u(t)表示船舶的控制输入。

4.根据权利要求3所述的船舶编队控制方法，其特征在于，所述船舶的编队控制律表示为：

其中，p_i表示第i条船舶的位置，p_j表示第j条船舶的位置，r_ij表示第i条船舶与第j条船舶的期望相对距离，q_i表示第i条船舶的速度，q_j表示第j条船舶的速度。

5.根据权利要求3所述的船舶编队控制方法，其特征在于，所述船舶的编队控制律表示为：

其中，p_i表示第i条船舶的位置，p₀表示构造的虚拟船舶的位置，r_i表示第i条船舶与虚拟船舶的期望相对距离，q_i表示第i条船舶的速度，q₀表示构造的虚拟船舶的速度。

6.根据权利要求4所述的船舶编队控制方法，其特征在于，构造的所述势场函数表示为：

其中，U_ij(||r_ij||)表示第i条船舶的势场函数，r_ij表示第i条船舶与第j条船舶之间的期望相对距离，d表示预先设定的两个相邻船舶之间的平衡距离，c₁为增益系数。