[发明专利]一种考虑船间事件触发通信的多船分布式容错控制方法

说明书

本发明公开了一种考虑船间事件触发通信的多船分布式容错控制方法，包括，构建欠驱动船舶数学模型、驱动器故障模型、虚拟船舶数学模型，设计船间事件触发通信机制，用于更新每艘无人船的所有邻居船的状态信息，根据无人船和虚拟船的状态信息设计局部同步误差，设计分布式虚拟控制器和第一自适应律镇定无人船的位置误差和艏向误差；利用径向基神经网络对欠驱动船舶数学模型的不确定项以及外界干扰进行压缩补偿；构建控制器和第二自适应律，根据控制器和第二自适应律构建驱动器，控制器实时发送控制命令到驱动器，驱动器驱动无人船自主航行。能够使船舶无需对邻居船的状态实时监测，且能够在无需全局拓扑信息的情况下实现船舶自主编队航行任务。

技术领域

本发明涉及船舶运动控制技术领域，尤其涉及一种考虑船间事件触发通信的多船分布式容错控制方法。

背景技术

为了满足智能船舶发展的需求，无人船控制技术及其工程应用得到了迅速的发展。近年来，随着无人船概念的出现，大量的理论研究和工程应用得到发展并且取得一定的成果，特别是无人船编队控制得到海洋控制界越来越多的重视，这主要是由于多船编队在民用和军用领域都具有巨大的优势。相较于单艘船舶而言，无人船编队具有高效率、无人化、高度自主性以及能够在有限时间完成复杂的任务的特点，因此多艘无人船的编队控制受到了海洋控制界的广泛关注。较为成熟的编队控制方法有领航-跟随法、基于图论法、虚拟结构法、基于行为法等等。其中，领航-跟随法由于其具有成形简单、可伸缩等特性被广泛使用。但是，领航-跟随法的一个缺陷是对领航船依赖性过大，一旦领航船发生执行设备故障等意外造成工作实效，整个编队系统将无法继续保持期望队形。为了解决该问题，国内外一些学者将图论的方法引入到编队控制领域当中，即基于图论的方法。目前基于图论的船舶编队主要包括分布式、分散式和集中式，其中，分布式方法最为流行。但是，该方法很少考虑船间通信带宽受限的情况。在有向拓扑中，每一艘船舶需要将其状态信息实时广播给拓扑连接下的邻船，从而保证队形的保持。但是，连续的信号传输可能导致通信信道占用负载过大、占用频次高，甚至可能导致通信资源的不必要浪费。

随着无人船舶研究的发展，多船分布式控制的研究受到了前所未有的关注，国内外许多研究学者取得了较为成熟的研究成果，但是目前无人船编队控制研究仍存在以下问题：

1)现有的无人船编队控制方法未考虑船间通信带宽受限问题。尽管现有的多船分布式控制方法取得了一定的成果，但是需要通信拓扑下每艘船舶实时发送其状态信息供其连接下的邻船使用，从而需要不断占用通信信道。因此，如何设计一种既能够满足减少船间通信信道占用次数的同时又保证有效的编队控制性能的分布式控制方法是当前亟待解决的问题；

2)在海洋实践中，外界未知干扰、模型不确定以及驱动器故障等不确定项的存在危害闭环控制系统的控制性能，甚至能够导致整个系统发散。

发明内容

本发明提供一种考虑船间事件触发通信的多船分布式容错控制方法，以克服上述技术问题。

一种考虑船间事件触发通信的多船分布式容错控制方法，包括，

S1：构建欠驱动船舶数学模型和驱动器故障模型，根据欠驱动无人船数学模型和驱动器故障模型创建N艘无人船，由N艘无人船构成船舶编队，构建虚拟船舶数学模型，根据虚拟船舶数学模型创建一艘虚拟船；

S2：设计船间事件触发通信机制，用于更新每艘无人船的所有邻居船的状态信息，所述状态信息包括无人船的横坐标、纵坐标、艏向角；

S3：根据无人船和虚拟船的状态信息设计局部同步误差，根据局部同步误差设计分布式虚拟控制器和第一自适应律，分布式虚拟控制器和第一自适应律用于调整无人船的横、纵坐标位置误差和艏向角误差；

S4：利用径向基神经网络对欠驱动船舶数学模型的不确定项以及外界干扰进行压缩补偿，所述不确定项包括关于期望前进速度的的未知结构函数、关于期望转艏角速度的的未知结构函数，所述外界干扰包括关于期望前进速度的时变环境干扰、关于期望横漂速度的时变环境干扰、关于期望转艏角速度的时变环境干扰；