[发明专利]一种无人船虚拟目标跟踪控制系统

说明书

本发明公开了无人船虚拟目标跟踪控制系统及控制方法，其中系统包括，用于输出预置虚拟目标的位置psubgt;i/subgt;supgt;*/supgt;的参考点位置模块；用于获取预置虚拟目标的位置psubgt;i/subgt;supgt;*/supgt;和无人船的实时位置psubgt;i/subgt;以计算参考点误差psubgt;ie/subgt;的参考点误差模块；用于获取参考点误差psubgt;ie/subgt;和无人船的实时航向ψsubgt;i/subgt;以计算航向误差ψsubgt;ie/subgt;的双偶极向量场模块；用于获取航向误差ψsubgt;ie/subgt;以计算角速度制导信号并将所述角速度制导信号输入至受控无人船模块的制导角速度模块；用于获取参考点误差psubgt;ie/subgt;以计算前向速度制导信号并将所述前向速度制导信号输入至受控无人船模块的制导前向速度模块。该系统具有结构简单，控制模块较少，同时由于无人船的暂态控制性能，使无人船能够沿着向量场场线移动，使得目标跟踪路线更加光滑，减小无人船运动中的风险。

技术领域

本发明涉及无人船控制技术领域，尤其是一种无人船虚拟目标跟踪控制系统和控制方法。

背景技术

当今时代，海洋资源越来越得到各国的重视。海洋机器人是人类认识海洋、开发海洋不可缺少的工具之一,亦是建设海洋强国、捍卫国家安全和实现可持续发展所必需的一种高技术手段。海洋机器人在机器人学领域属于服务机器人类，它包括智能水下机器人与智能水面机器人。无人船作为一种智能水面机器人因其具有小型化、轻量化、智能化等特点，是人们探索、开发和利用海洋的一种重要工具。无人船有很强的扩展功能，可搭载不同的仪器和作业工具去完成各种任务。在军用领域，无人船具备自主航行和超视距操作的功能，可携带多种传感器和武器系统，执行沿海智能化巡逻任务，是水面防卫、反恐、扫雷、搜救和救援的重要平台。在民用方面，无人船可应用于海洋环境监测、航道测量、水文调查、水面监视、污染源追踪等诸多领域。无人船目标跟踪的控制目标是使无人船对一个静止或移动目标点进行跟踪，这种控制方式在海上目标搜救，目标区域水文观测等场景中发挥重要作用。因此，设计一种无人船目标跟踪控制器是十分有必要的。

在无人船目标跟踪控制方面，国内外学者已经取得了一些进展。现有方法包括采用滑模控制方法设计的领航-跟随编队控制器、基于多层前馈神经网络的自适应编队控制器、基于虚拟目标导引的自适应领航-跟随编队控制方法、神经网络领航-跟随编队控制器、基于神经网络观测器的饱和编队控制器等。从无人船目标跟踪来看，现有方法仍然存在以下不足：

第一，现有无人船目标跟踪控制方法未考虑无人船暂态性能，在船路径跟踪控制中容易产生较大的超调和暂态振荡，导致跟踪路线不够光滑，增加了无人船运动中的风险，跟踪效果不好。

第二，现有无人船目标跟踪控制系统结构较复杂，控制模块较多，产品设计和制造成本较高，不利于推广。现有控制方法制导律设计复杂，参数标定困难，鲁棒性能较差，适用面较窄，无法拓展到多无人船集群运动控制情形。

发明内容

本发明针对以上问题提出了一种无人船虚拟目标跟踪控制系统。

本发明采用的技术手段如下：

一种无人船虚拟目标跟踪控制系统，包括，

参考点位置模块，用于输出预置的虚拟目标的位置p_i^*；

参考点误差模块，用于获取预置的虚拟目标的位置p_i^*和无人船的实时位置p_i以计算参考点误差p_ie；

双偶极向量场模块，用于获取参考点误差p_ie和无人船的实时航向ψ_i以计算航向误差ψ_ie；