[发明专利]基于3D映射制导的USV-UAV协同路径跟踪自适应控制器设计方法

权利要求书

1.一种基于3D映射制导的USV-UAV协同路径跟踪自适应控制器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立无人船-无人机协同的系统模型，作为后续步骤所设计控制器的被控对象；

S2、构建无人船和无人机之间的有效关联，通过3D映射制导，将位置信息等量映射到无人机空间参考平面上，得到水平面上无人船的参考航向和空间面上无人机的参考航向；所述位置信息为逻辑虚拟小船为无人船规划的期望航线的位置信息；

S3、设计无人船-无人机位置控制器和自适应律，减小无人船-无人机的位置误差，引导无人船-无人机跟踪到参考位置，并通过非线性解耦技术，对位置控制器进行解耦，得到无人机的参考横摇角和参考纵摇角；

S4、设计无人船-无人机姿态控制器和自适应律，减小无人船-无人机的姿态误差；

S5、控制无人船-无人机实现协同路径跟踪控制任务。

2.根据权利要求1所述的一种基于3D映射制导的USV-UAV协同路径跟踪自适应控制器设计方法，其特征在于，所述S1无人船-无人机协同的系统模型的公式为：

其中，公式(1)和公式(2)为无人船-无人机协同系统的模型，公式(1)是运动学模型，公式(2)是动力学模型，公式(3)为对公式(2)中部分变量的展开公式；[x_j，y_j，z_a，φ_a，θ_a，ψ_j]^T，j＝s，a表示无人船一无人机协同系统的前进、横漂、升沉位移和横摇、纵摇和艏向角；v_s＝[u_s，v_s，r_s]^T表示无人船的前进、横漂、艏摇速度，v_a＝[u_ax，u_ay，u_az，p_a，q_a，r_a]^T表示无人机沿着前后、左右、上下的速度和转动角速度；m_u，m_v，m_r表示模型附加质量，d_i1，d_i2，d_i3，i＝u，v，r表示模型的非线性阻尼项；J_r表示无人机转子惯性，k_ox，k_oy，k_oz表示气动摩擦系数，m表示无人机质量，g表示重力加速度，I_xx，I_yy，I_zz表示转动惯性，k_dx，k_dy，k_dz表示转动阻力系数，Ω_r＝Ω₁-Ω₂+Ω₃-Ω₄，Ω_i，i＝1，2，3，4为转子角速度。d_wi，i＝u，v，r，x，y，z，φ，θ，ψ表示无人船-无人机协同系统受到的外界干扰力/力矩；F_f表示转子力F_i，i＝1，2，3，4的合力，τ_φ，τ_θ，τ_ψ表示无人机的横摇、纵倾和艏摇力矩，τ_u，τ_r表示无人船的前进推力和转船力矩。