[发明专利]一种考虑执行器故障的UUV自适应容错集群协调控制方法

权利要求书

1.一种考虑执行器故障的UUV自适应容错集群协调控制方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤1：利用反馈线性化方法建立UUV运动学和动力学模型；

步骤2：初始化编队设置，设置UUV编队系统中各成员的随机初始状态和系统预设参数；

步骤3：通过UUV所搭载的导航设备和传感器采集编队系统的位姿信息和速度信息；

步骤4：UUV系统集群结构为领航-跟随类型，根据使命任务，获得领航者需跟随的期望轨迹，跟随者航行器之间的通讯拓扑图为固定拓扑图；

步骤5：判断UUV集群过程中是否发生执行器故障，若出现执行器故障则进行数据推算判别故障类型；

步骤6：建立系统位置和速度状态误差方程；

步骤7：对于跟随者UUV，利用通讯拓扑信息，结合自适应机制，估计跟随者UUV故障参数，设计自适应容错编队跟踪控制器，以及参数自适应更新律；

步骤8：利用步骤7设计的自适应容错编队跟踪控制器计算出各跟随者UUV的状态信息，并根据步骤4中通信拓扑向编队内成员进行信息传输；

步骤9：将步骤8中各跟随者UUV状态信息输入步骤7设计的自适应容错编队跟踪控制器中，推算编队成员各个自由度的推力，输入到UUV的各个执行机构，消除执行器故障的影响；

步骤10：在步骤4的通讯交互下，经过较短时间的容错状态调整，编队中各跟随者UUV的运动状态最终收敛到其领航者状态，即实现执行器故障下的多UUV自适应编队队形保持并跟踪领航者期望路径，任务结束。

2.根据权利要求1所述的一种考虑执行器故障的UUV自适应容错集群协调控制方法，其特征在于：所述步骤2中，多UUV编队系统由一个领航者UUVL和五个跟随者UUV1-UUV5构成，初始位置随机分布在区域[0,80]×[0,60]×[-50,0]内，纵倾角和艏向角的初始值分别设置在区间[-0.5,0.5]和[0,2π]中。

3.根据权利要求1所述的一种考虑执行器故障的UUV自适应容错集群协调控制方法，其特征在于：所述步骤4中，设置领航者需跟随的期望轨迹为：

建立UUV集群通信网络图。

4.根据权利要求1所述的一种考虑执行器故障的UUV自适应容错集群协调控制方法，

其特征在于：所述步骤6中，对于第i个跟随者UUV，建立位置和速度状态误差方程：

其中，为各航行器间的预设距离，p_i＝[x_i,y_i,z_i,θ_i,ψ_i]^T∈R⁵，υ_i＝[u_i,v_i,ω_i,q_i,r_i]^T∈R⁵分别表示第i个跟随者UUV的位置状态和速度状态，l₁,l₂为待设计参数。

5.根据权利要求1所述的一种考虑执行器故障的UUV自适应容错集群协调控制方法，其特征在于：所述步骤7中，对于第i个跟随者UUV，建立自适应容错编队跟踪控制器：

其中，为自适应参数，θ_i(t)为自适应控制增益函数；

自适应控制增益函数θ_i(t)设计为：

其中，σ_i＞0；

参数自适应律设计为：

其中，Λ_i1,Λ_i2＞0。

6.根据权利要求1或3所述的一种考虑执行器故障的UUV自适应容错集群协调控制方法，其特征在于：所述步骤8利用步骤7设计的自适应容错编队跟踪控制器，选取能够保证系统稳定的反馈控制增益l₁,l₂，利用步骤4中UUV集群通信网络信息，估计动态自适应故障参数和自适应控制增益函数θ_i(t)，计算出各子编队跟随者UUV的状态信息，并根据集群通信网络向编队内成员进行信息传输。