[发明专利]一种无人艇跟踪控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种无人艇跟踪控制方法及系统。所述方法，包括：基于实际位置信息和期望位置信息，采用预设性能函数计算非约束跟踪误差；由实际位置信息、期望位置信息和非约束跟踪误差计算虚拟控制率，并由虚拟控制率和一阶低通滤波器，得到虚拟误差面和滤波误差；采用径向基神经网络估计未知时变项目，得到无人艇模型；基于无人艇模型，对复合干扰进行估计，得到复合干扰估计值；由虚拟误差面、滤波误差、无人艇模型和复合干扰估计值确定跟踪控制率；控制率用于控制无人艇的轨迹跟踪。本发明能提高无人艇跟踪控制的精度。

技术领域

本发明涉及无人艇控制领域，特别是涉及一种无人艇跟踪控制方法及系统。

背景技术

近几十年来，由于自主式无人水面舰艇(unmanned surface vessel，USV)在海上救援、资源勘探、礁体探测等领域的广泛应用，其跟踪控制引起了海洋技术、控制科学等领域的广泛关注。

USV控制系统的快速准确跟踪能力在珊瑚礁测绘、海上补给、通过狭窄水道等实际应用中发挥着重要作用。因此，要完成这些任务，通常需要USV的高控制性能，即快速跟踪和精确跟踪。然而，USV通常受限于由水动力阻尼力和外部扰动(如波浪、洋流和风)引起的未建模动力学，这可能导致较大的跟踪误差，甚至系统发散。

目前，已设计出的基于事件触发的无人艇跟踪控制，未考虑无人艇模型不确定、外界干扰、无人艇跟踪误差限制以及跟踪时间限制等问题。因此，无人艇跟踪控制精度有待提高。

发明内容

基于此，有必要提供一种无人艇跟踪控制方法及系统，在考虑无人艇模型不确定和外界干扰的情况下，实现在预设误差性能范围内和在有限时间内实现跟踪控制，提高无人艇跟踪控制的精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种无人艇跟踪控制方法，包括：

获取无人艇的实际位置信息和期望位置信息；

基于所述实际位置信息和所述期望位置信息，采用预设性能函数计算非约束跟踪误差；

由所述实际位置信息、所述期望位置信息和所述非约束跟踪误差计算虚拟控制率，并由所述虚拟控制率和一阶低通滤波器，得到虚拟误差面和滤波误差；

采用径向基神经网络估计未知时变项目，得到无人艇模型；所述未知时变项目包括水动力阻尼参数、科氏加速度和向心加速度；

基于所述无人艇模型，对复合干扰进行估计，得到复合干扰估计值；所述复合干扰包括所述无人艇模型的估计误差和外界干扰；

由所述虚拟误差面、所述滤波误差、所述无人艇模型和所述复合干扰估计值确定跟踪控制率；所述跟踪控制率用于控制无人艇的轨迹跟踪。

可选的，在所述由所述虚拟误差面、所述滤波误差、所述无人艇模型和所述复合干扰估计值确定跟踪控制率之后，还包括：

计算当前时刻的跟踪控制率与上一时刻的跟踪控制率的差值；

判断所述差值是否大于设定值；

若是，则控制执行器以所述当前时刻的跟踪控制率控制无人艇的轨迹跟踪；

若否，则保持上一时刻的跟踪控制率。

可选的，所述实际位置信息包括大地坐标系下的位置坐标、大地坐标系下的艏向角坐标、船体坐标系下的纵向速度、船体坐标系下的横向速度和船体坐标系下的艏向角速度；

所述期望位置信息包括大地坐标系下的期望位置坐标、大地坐标系下的期望艏向角坐标、船体坐标系下的期望纵向速度、船体坐标系下的期望横向速度和船体坐标系下的期望艏向角速度。

可选的，所述基于所述实际位置信息和所述期望位置信息，采用预设性能函数计算非约束跟踪误差，具体包括：