[发明专利]一种无人船集群的无速度传感器分布式协同控制系统

权利要求书

1.一种无人船集群的无速度传感器分布式协同控制系统，其特征在于，该系统包括运动-动力联合控制模块、速度-模型联合估计模块、通信网络以及被控无人船集群，所述的通信网络用以接收被控无人船集群的位置与速度信号，所述的运动-动力联合控制模块的输入端分别连接通信网络的输出端、速度-模型联合估计模块的输出端以及被控无人船的输出端，所述的速度-模型联合估计模块的输入端连接运动-动力联合控制模块的输出端以及被控无人船的输出端，用以实现被控无人船集群的协同运动。

2.根据权利要求1所述的一种无人船集群的无速度传感器分布式协同控制系统，其特征在于，所述的速度-模型联合估计模块包括船速观测器、比较器和逼近器，用以根据无人船自身位置信号与无人船控制信号输出船速观测信号和模型辨识信号。

3.根据权利要求2所述的一种无人船集群的无速度传感器分布式协同控制系统，其特征在于，所述的运动-动力联合控制模块包括协同误差发生器、控制增益发生器、非线性领航信息补偿器、乘法器、加法器与取反器，用以对接收到的邻近无人船集群信号与自身运动信号进行偏差处理，并与速度-模型联合估计模块的输出信号经过联合计算输出无人船控制信号。

4.根据权利要求1所述的一种无人船集群的无速度传感器分布式协同控制系统，其特征在于，所述的被控无人船集群包括多个被控无人船和一个虚拟领航者。

5.根据权利要求4所述的一种无人船集群的无速度传感器分布式协同控制系统，其特征在于，所述的被控无人船在地球参考坐标系下的运动模型为：

其中，i为船只编号，为地球坐标系下被控无人船的位姿向量，其中，T为矩阵或向量的转置，代表3维欧几里得空间，p_i为横向位移，q_i为纵向位移，ψ_i为航向，为位姿向量的导数，为无人船的速度向量，表示被控无人船的控制输入，为无人船内部的未建模动态，为扰动，y_i为被控无人船输出的位置信号。

6.根据权利要求5所述的一种无人船集群的无速度传感器分布式协同控制系统，其特征在于，所述的通信网络具体为：

设被控无人船集群中含有数量为M+1的个体，包括M艘无人船与1个虚拟领航者，M艘无人船作为通信网络中的节点n₁,...,n_M，虚拟领航者作为通信网络中的节点n₀，整个被控无人船集群的通信网络通过Ξ＝{Λ,ε}表示，其中，Λ＝{n₀,n₁,...,n_M}表示节点的集合，ε＝{(n_i,n_j)∈Λ×Λ}表示节点n_i到节点n_j存在一条边，即两个节点间存在信息传递，当节点n_i能够获得节点n_j的信息时，连接权值a_i,j＝1，当节点n_i不能够获得节点n_j的信息时，连接权值a_i,j＝0。

7.根据权利要求3所述的一种无人船集群的无速度传感器分布式协同控制系统，其特征在于，所述的船速观测器的输入信号包括运动-动力联合控制模块输出的无人船控制信号u_i、被控无人船输出的位置信号y_i以及逼近器输出的模型辨识信号船速观测器的输出信号包括位置观测信号和船速观测信号

所述的比较器的输入信号包括被控无人船输出的位置信号y_i与船速观测器输出的位置观测信号所述的比较器的输出信号为

所述的逼近器的输入信号包括运动-动力联合控制模块输出的无人船控制信号u_i、被控无人船输出的位置信号y_i以及比较器的输出信号所述的逼近器的输出信号为模型辨识信号