[发明专利]考虑时变漂角与姿态调节的无人艇群编队协同控制方法

说明书

本发明公开了一种考虑时变漂角与姿态调节的无人艇群编队协同控制方法，包括：建立统一的无人艇群编队的图论表示方法；建立无人艇通用的三自由度动力学模型与运动学模型；根据已经规划的路径、姿态参量、期望航向，给出编队控制的目标函数；根据已建立的动力学模型和运动学模型，构建模型不确定性和外界扰动估计的扩张观测器；根据已经建立的扩张观测器和控制目标，设计无人艇编队协同自抗扰控制律。本发明提出了基于线性跟踪的抗扰动控制方法，并给出了自适应控制率，实现了无人艇群编队的时变漂角补偿和姿态的调节，因而可实现无人艇群的编队位置跟踪、姿态调节的一体化调控。

技术领域

本发明属于无人艇群控制领域，更具体地，涉及一种考虑时变漂角与姿态调节的无人艇群编队协同控制方法。

背景技术

无人艇群的跟踪控制是实现其自主跟踪、跟随、艇群协作的重要保障，艇群跟随控制时今年来的研究热点，其中，传统的利用分布式跟随控制架构较多的采用多运动体一致性的编队控制方法，该方法处理艇之间位置和运行方向固定时有较好的效果。传统的控制方法通常将艇当做刚体进行处理，但是在实际运行过程中，由于外界干扰不一致，并且排列的方式时刻变化，并在编队中进行旋转运行时，相邻艇之间的姿态调整、漂角实时变化等导致的相对位置变化难以计算，同时由于跟随者与领航者的通讯半径有限，为了在大海中超大的通讯半径的场景下通讯及时有效，提出分布式编队控制算法，保证控制系统能够补偿时变漂角，并对姿态进行实时调控，到达艇群协同作业的目的。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明采取了以下技术方案：

一种考虑时变漂角与姿态调节的无人艇群编队协同控制方法，包括以下步骤：

步骤1：建立统一的图论表示方法；

步骤2：建立统一的无人艇三自由度动力学模型和运动学模型；

步骤3：根据已经规划的无人艇群编队路径信息，构建无人艇的控制目标，包括无人艇的漂角、位姿、速度；

步骤4：根据已建立的动力学模型和运动学模型，构建模型不确定性和外界扰动估计的扩张观测器；

步骤5：根据已经建立的扩张观测器和控制目标，设计无人艇编队协同自抗扰控制律。

所述步骤1中的图论表示方法为：

无人艇群构建成为一个邻接图，采用图P表示，该邻接图为一个无向图，图P使用点线进行表示，即P:＝{V,E}，其中V为顶点集合即为单艇个数，表示为V＝{1,...,N}，N为顶点个数，E为邻接图中边的集合，表示为E＝{(i,j)|||q_i-q_j||≤κ；i,j∈Vi≠j}，q_i，q_j为顶点位置坐标，κ为相邻两个无人艇间的最大距离偏差，无人艇i的相邻艇定义为N_ij(P):＝{j|(i,j)∈E}。

所述步骤2中的三自由度运动学模型和动力学模型具体为：

运动学模型：

动力学模型为：