[发明专利]一种无人船有限时间收敛状态观测器及其设计方法

摘要

本发明公开了一种无人船有限时间收敛状态观测器及其设计方法，所述观测器由输入单元、比较单元、比例单元1、旋转单元1、幂运算单元1、旋转单元2、比例单元5、加法单元1、旋转单元3、幂运算单元2、比例单元2、加法单元2、比例单元4、幂运算单元3、比例单元3和输出单元组成。本发明在只有位置信息作为输入的情况下，不仅能有效估计出无人船的速度状态信息，而且可得到包括内部模型参数不确定性，外部风、浪、流等复杂环境的扰动等在内的对无人船扰动信息，有效解决了含有模型不确定性和未知环境扰动的状态观测问题，提高了无人船控制精度；通过参数α和ε的对状态观测器的设计能够在有限的时间收敛到平衡点，具有更高的实时性和精确度。

主权项

1.一种无人船有限时间收敛状态观测器，其特征在于：由输入单元、比较单元、比例单元1、旋转单元1、幂运算单元1、旋转单元2、比例单元5、加法单元1、旋转单元3、幂运算单元2、比例单元2、加法单元2、比例单元4、幂运算单元3、比例单元3和输出单元组成；所述的输入单元输出无人船的位置和力矩信息；输入单元的输出端分别与比较单元和比例单元4的输入端相连；所述的比较单元的另一端与加法单元1连接，接收无人船状态观测器估计的位置状态信息；比较单元的输出端与比例单元1的输入端相连；所述的比例单元1的输出端与旋转单元1的输入端相连；所述的旋转单元1的输出端与幂运算单元1、幂运算单元2和幂运算单元3的输入端相连；所述的幂运算单元3的输出端与比例单元3的输入端相连；所述的比例单元3的一个输出端与加法单元2相连，另一个输出端与输出单元相连、输出无人船状态观测器在不同速度方向估计的无人船不确定信息；所述的幂运算单元2的输出端与比例单元2的输入端相连；所述的比例单元2的输出端和加法单元2的一个输入端相连；所述的加法单元2的另一个输入端与比例单元4相连、接收无人船力矩信息；加法单元2的一个输出端与旋转单元3的输入端相连，另一个输出端连接至输出单元、输出无人船状态观测器估计的速度信息；所述的旋转单元3的输出端与加法单元1的一个输入端相连；所述的幂运算单元1的输出端与旋转单元2的输入端相连；所述的旋转单元2的输出端与比例单元5的输入端相连；所述的比例单元5的输出端与加法单元1的一个输入端相连；所述的加法单元1的一个输出端与比较单元的输入端相连，另一个输出端与输出单元相连、输出无人船状态估计器估计的位置状态信息；所述的输出单元接收无人船估计的位置、速度和不确定性信息；所述的比较单元、比例单元1和旋转单元1构成基础单元，所述的加法单元1、比例单元5和旋转单元2、旋转单元3和幂运算单元1构成位置估计单元，所述的比例单元4、加法单元、比例单元2和幂运算单元2构成速度估计单元，所述的比例单元3和幂运算单元3构成不确定性估计单元。