[发明专利]一种基于单目视觉的水面航行器有限时间连续控制方法

权利要求书

1.一种基于单目视觉的水面航行器有限时间连续控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：通过单目相机获取视觉特征点的实际图像和期望图像，利用单应性分解技术对水面航行器在惯性坐标系下的位姿误差进行恢复，并以此构建单目视觉伺服系统的运动学和动力学一般化模型；

S2：利用欧拉-拉格朗日旋转矩阵将航行器速度变换到惯性坐标系下表示，并据此变量设计非奇异积分终端滑模面，以解决非匹配视觉不确定量自适应问题；

S3：设计有限时间扰动观测器，对动力学中的匹配扰动进行精准观测；

S4：在连续有限时间单目视觉伺服控制方法中，引入指数幂次趋近律，设计连续有限时间单目视觉伺服控制器，所设计的控制器如下：

式中，K_i＝diag(k_i¹,k_i²,k_i³)＞0，i＝3,4，γ∈(0,1)为用户自定义常量；

在控制输入连续的前提下，实现整个伺服系统的调节误差有限时间收敛。

2.根据权利要求1所述的一种基于单目视觉的水面航行器有限时间连续控制方法，其特征还在于：在惯性坐标系下恢复水面航行器的位姿误差，并以此构建的单目视觉伺服系统一般化模型如下：

其中，η_d:＝[η_d¹,η_d²,η_d³]^T＝[η_x,η_y,η_ψ]^T是采用单应性分解技术在惯性坐标系下恢复的位姿误差向量，K_d＝diag(1/d,1/d,1)＞0，d是未知的图像深度，是旋转矩阵，v＝[u,v,r]^T是航行器运动速度向量，是惯性矩阵，f(v)是未知的系统内部力，τ_δ＝MR^T(η_ψ)δ(t)是未知的外部干扰，τ:＝[τ_u,τ_v,τ_r]^T是控制输入向量。

3.根据权利要求1所述的一种基于单目视觉的水面航行器有限时间连续控制方法，其特征还在于：在惯性坐标系下表示航行器运动速度向量，并据此设计的非奇异积分终端滑模面如下：

其中，ω＝R(ψ)ν是航行器速度在惯性坐标系下的表示，K_i＝diag(k_i¹,k_i²,k_i³)＞0，i＝1,2，β₁∈(0,1)，β₂＝2β₁/(1+β₁)，均为用户自定义常量，计算符号

4.根据权利要求1所述的一种基于单目视觉的水面航行器有限时间连续控制方法，其特征还在于：所述有限时间扰动观测器设计如下：

式中，是观测器输出向量，λ_i＞0，i＝0,1,2，L＝diag(l₁,l₂,l₃)，l_j＞0，j＝1,2,3，是用户自定义常量。