[发明专利]一种海面溢油的随机溯源跟踪控制方法及其系统

摘要

本发明提供了一种海面溢油的随机溯源跟踪控制方法及其系统，涉及无人船控制领域，主要包括如下步骤：1)无人船携带传感器，从海面油膜获得传感数据，处理得到溢油模型参数和运动模型参数；2)根据两模型参数计算得到无人船运动学控制率；3)基于反馈线性化方法对无人船运动学控制率处理，获得无人船动力学控制率，进而得到无人船的搜寻数据，从而驱动无人船搜寻海面溢油源头；本发明具有实时性、自适应性和鲁棒性，实现无人船对广域海面溢油扩散源头的迅速随机追溯。

主权项

1.一种海面溢油的随机溯源跟踪控制方法，其特征在于，方法步骤包括：1)无人船上设置有传感器、扩散‑对流模块、无人船运动处理器、状态观测器、随机搜索策略模块和前驱动动力处理器，通过传感器检测溢油海面传感数据；基于传感数据，通过扩散‑对流模块处理得到溢油模型参数，通过无人船运动处理器得到运动模型参数；2)基于溢油模型参数和运动模型参数，所述无人船运动处理器获得无人船质心运动学模型，与扩散‑对流模块的溢油羽锋处理模型相结合，得到状态观测器的状态方程和观测方程；将状态观测器与随机搜索策略模块联合处理，求得无人船运动学控制率；3)前驱动动力处理器基于反馈线性化方法对无人船运动学控制率处理，获得无人船动力学控制率，进而得到无人船的搜寻数据，所述搜寻数据包括无人船推动力和运动方向，根据搜寻数据驱动无人船搜寻海面溢油源头；在步骤1)中，所述传感器包括360°随机摆动的搜索摇杆，所述传感数据包括油膜浓度和流场速度；所述溢油模型参数包括溢油浓度的梯度和散度；a.扩散‑对流模块通过如下溢油羽锋处理模型处理：其中，为溢油浓度，和为溢油浓度的梯度和散度；k和v分别表示扩散系数和流场速度矢量，为待测的参数向量；b.无人船运动处理器通过如下无人船质心运动学处理模型处理：其中，x_r＝[x_r1，x_r2]^T表示无人船质心位置，φ为其偏航角，η＝[η₁，η₂]^T为无人船输入的运动学控制率；无人船状态观测器处理的状态方程和观测方程依次为：其中，G表示沿着溢油羽锋的法线方向的投影矩阵；利用随机搜索策略模块通过如下处理方法与状态观测器联合获得无人船运动学控制率，其中，u＝η，w为满足平均律的随机搜索项。