[发明专利]一种无人水面艇的扰动补偿控制方法

摘要

本发明公开了一种基于误差符号鲁棒积分的无人水面艇扰动补偿控制方法，包括以下步骤：建立无人水面艇系统的动态模型，并考虑该系统具有模型不确定性且受到风浪流外界时变干扰的影响；对系统的动态模型进行等价转换；建立跟踪误差方程和辅助误差方程；基于误差符号鲁棒积分方法设计跟踪控制器。所述方法既能补偿系统的动态模型不确定性，又能补偿外界时变扰动，解决了具有模型不确定性和外界扰动的无人水面艇系统的渐近跟踪控制问题，使无人水面艇在存在模型不确定性和风浪流外界干扰情况下系统的输出仍能渐近跟踪所期望的参考轨迹。

主权项

1.一种基于误差符号鲁棒积分的无人水面艇扰动补偿控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤(1)、建立无人水面艇的动态模型，并考虑该模型具有动态模型不确定性且受到风浪流外界时变干扰的影响；步骤(2)、通过运动学方程转换，得到以大地为直角坐标系的系统动力学方程：其中，η为无人水面艇的位置和偏航角的输出，为η的导数，为η的二阶导数，ν为无人水面艇的速度，为转换惯性矩阵，J^‑T(η)为旋转矩阵的转置，M是惯性矩阵，J^‑1(η)是旋转矩阵的逆矩阵，为转换后的总科氏力和向心力矩阵，C(v)为总科氏力和向心力矩阵，是旋转矩阵的逆矩阵的导数，为转换后的阻尼矩阵,D(v)是阻尼矩阵，为转换后的艇体受到的引力和浮力影响的向量，g(η)是艇体受到的引力和浮力影响的向量，代表转换后的模型不确定性及风浪流外界时变干扰项，τ_d(η，v,t)代表模型不确定性及风浪流外界时变干扰项，t表示时间，为转换后的控制输入量；步骤(3)、建立跟踪误差方程和辅助误差方程，具体设计为：其中，η_d为无人水面艇的参考轨迹，e₁为轨迹跟踪误差，e₂为滤波跟踪误差，e₃为辅助误差，为e₁的导数，为e₂的导数，α₁为滤波跟踪误差的设计参数，α₂为辅助误差的设计参数；由于无人水面艇的加速度在实际操作中通常不可直接测量获得，因而不能作为反馈控制的输入信号，将两边同时乘以得到如下开环误差系统：其中，为辅助函数，表示无人水面艇的参考轨迹的二阶导数；步骤(4)、基于误差符号鲁棒积分方法设计跟踪控制器；所述设计的跟踪控制器为：其中，误差符号鲁棒积分项μ为：其中，k_s为误差积分控制增益，β为误差符号积分控制增益，将所设计的跟踪控制器代入开环误差系统得：其中，f_e为辅助函数，对上式两边求导并进行适当地分解得到：利用中值定理得：其中，ρ是一个正的、可逆的非减函数，z为误差向量，为转换惯性矩阵的导数，为e₃的导数，为辅助项，为辅助函数f_e的导数，为误差符号鲁棒积分项μ的导数，为转换后的模型不确定性及风浪流外界时变干扰项的导数，N_d为的等价项。