[发明专利]一种无人船无模型固定时间精准轨迹跟踪控制方法

权利要求书

1.一种无人船无模型固定时间精准轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、构建带有输入饱和以及复杂扰动的USV模型；

S2、基于构建的所述USV模型，设计固定时间集总观测器；

S3、基于设计的所述固定时间集总观测器，设计自适应辅助系统；

S4、基于设计的所述自适应辅助系统，设计快速非奇异终端滑模；

S5、基于上述步骤S2-S4设计的所述固定时间集总观测器、自适应辅助系统以及快速非奇异终端滑模，设计无模型固定时间精确跟踪控制策略。

2.根据权利要求1所述的无人船无模型固定时间精准轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

S11、考虑输入饱和以及复杂扰动，构建USV模型，如下：

其中，η＝[x y ψ]^T表示地球坐标系OXY中的位置和航向，v＝[u v r]^T表示附体坐标系中的速度向量，G(η,v)＝-C(v)v-D(v)表示系统动态，C(v)表示对角矩阵，C(v)＝-C^T(v)；D(v)表示阻尼矩阵，d＝MR^Tδ且δ＝[δ₁,δ₂,δ₃]^T表示复杂的时变扰动，M表示惯性，M＝M^T＞0；τ表示控制输入受到执行器饱和的限制，τ_i,max是执行器可以提供的最大扭矩，τ_c,i是理想的控制输入，i＝u,v,r；

S12、基于构建的所述USV模型，引入如下矩阵：

则存在如下的等式成立：

S13、期望轨迹方程由下式给出：

其中，Q(η_d,v_d)＝-C(v_d)v_d-D(v_d)v_d，η_d＝[x_d y_d ψ_d]^T和v_d＝[u_d v_d r_d]^T分别表示期望的位置和速度矢量；

S14、对上述公式中的ν，ν_d引入以下变换：

其中，代表引入的辅助变量，代表期望状态下的辅助变量，R代表与实际状态相关的变量矩阵，R＝R(ψ),R_d代表与期望状态相关的变量矩阵，R_d＝R(ψ_d)；

S15、对上述公式(1)、(3)以及(5)进行组合，得到：

其中，H(η,ν)表示引入的中间变量，

S16、对上述公式(3)、(4)以及(5)进行组合，得到：

其中，Γ(η_d,ν_d)表示引入的中间变量，用来简化运算

S17、根据上述公式(6)和(7)，得到无人船轨迹跟踪误差控制系统如下所示：

其中，Ω＝Ω(η,ν,η_d,ν_d,δ)表示包含了未知扰动和未建模动态的集总未知项，具体表示如下：

Ω(·)＝RM^-1G(η，ν)+d-R_dM^-1τ_d-R_dM^-1Q(η_d，ν_d)。