[发明专利]一种USV路径跟踪控制方法

权利要求书

1.一种USV路径跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立SF坐标系位置跟踪误差系统，设计有限时间侧滑角观测器得到侧滑角估计值

步骤2.采用FLOS导引算法，利用侧滑角估计值给出期望艏向、期望速度以及路径参数的更新率；

步骤3：建立USV艏向动态误差离散控制模型和纵向速度跟踪误差离散控制模型；

步骤4：通过构造离散滑模面和离散自适应快速幂次趋近律设计艏向离散控制器和纵向速度离散控制器，并采用离散干扰估计器对外界环境力进行补偿，完成对期望艏向和期望速度在扰动下的跟踪。

2.根据权利要求1所述的一种USV路径跟踪控制方法，其特征在于：步骤1所述设计有限时间侧滑角观测器得到侧滑角估计值具体为：

设计未知时变侧滑角观测器：

其中，λ_i＞0,i＝1,2,L＞0，λ_i、L均为正整数，θ为路径参数，ψ为无人艇实时艏向角，u为无人艇横向速度，g(u,ψ,ψ_θ,β)＝ucos(ψ-ψ_θ)tanβ，的初值ψ_θ为北东坐标系向SF坐标系旋转角度，满足：ψ_θ＝arctan2(y′_θ,x′_θ)，p_θ＝[x_θ,y_θ]^T为期望路径曲线上任意路径目标跟踪点的坐标，p_e＝[x_e,y_e]^T为目标误差值，满足：

其中，p＝[x,y]^T为目标实时位置；

则侧滑角估计值为：

3.根据权利要求1所述的一种USV路径跟踪控制方法，其特征在于：步骤2所述利用侧滑角估计值给出期望艏向、期望速度以及路径参数的更新率，是通过如下公式进行：

其中，ψ_d为期望艏向，u_d为期望速度，为路径参数更新率；ψ_θ为北东坐标系向SF坐标系旋转角度，ψ_θ＝arctan2(y′_θ,x′_θ)，k_x＞0为选定的设计参数，U为设定的初始路径跟踪速度，ψ为无人艇实时艏向角；Δ为时变动态前视距离参数，满足：

其中，k＞0为待设计参数，Δ_max及Δ_min为给定的参数时变动态前视距离参数的最大值和最小值，p_θ＝[x_θ,y_θ]^T为期望路径曲线上任意路径目标跟踪点的坐标，p_e＝[x_e,y_e]^T为目标误差值，满足：

其中，p＝[x,y]^T为目标实时位置。