[发明专利]用于欠驱动水面无人船舶的编队控制方法、介质及设备

权利要求书

1.用于欠驱动水面无人船舶的编队控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)基于改进的自适应控制律，设计跟随船运动学虚拟控制律，以镇定视距和视线角跟踪误差，从而构建出跟随船前进方向虚拟控制律；

2)利用步骤1)中的跟随船运动学虚拟控制律和跟随船前进方向虚拟控制律，采用动态面控制技术，镇定跟随船的艏摇角跟踪误差，进而构建出跟随船艏摇方向虚拟控制律；

3)构建高增益观测器以估计跟随船的速度；

4)在跟随船不确定模型和受到外界扰动情况下镇定前进速度误差u_e和艏摇角速度误差r_e，结合所述高增益观测器、所述跟随船前进方向虚拟控制律和所述跟随船艏摇方向虚拟控制律，基于RBF神经网络和最小参数学习算法，为跟随船构建自适应输出反馈编队控制律。

2.根据权利要求1所述的用于欠驱动水面无人船舶的编队控制方法，其特征在于，步骤1)包括构建无人船舶数学模型的步骤：

船舶的自由度运动采用大地坐标系和船体坐标系，每艘无人船舶的运动学方程为：其中，η＝[x,y,ψ]^T指无人船舶在大地坐标系下的位置向量，(x,y)指无人船舶的位置，ψ指无人船舶的艏摇角，v＝[u,v,r]^T指无人船舶在船体坐标系下的速度向量，u、v、r分别指无人船舶的前进速度、横漂速度和艏摇角速度，R(ψ)指的是与无人船舶艏摇角有关的旋转矩阵，为：

每艘无人船舶的动力学方程为：

其中，d_wu、d_wv、d_wr分别表示外界扰动作用在无人船舶前进、横漂和艏摇三个通道上的力或力矩，m_u、m_v、m_r是无人船舶模型中的惯性力系数，c₁₃、c₂₃、c₃₁、c₃₂是无人船舶模型中的向心力和科氏力系数，d₁₁、d₂₂、d₂₃、d₃₂、d₃₃是无人船舶模型中的水动力阻尼系数，g_u、g_v、g_r表示无人船舶的未建模动力学，τ_u、τ_r表示无人船舶的执行器输入，其中，τ_u为无人船舶前进方向的推力，τ_r为无人船舶艏摇角速度方向的力矩；由于无人船舶是欠驱动的，所以无人船舶模型的横漂方向上没有执行器输入；

定义跟随船对领航船的视距ρ_L和视线角λ_L；设领航船和跟随船的位置向量分别为η_L和η，他们的速度向量分别表示为ν_L和ν，则视距ρ_L和视线角λ_L分别定义为：和其中，tan^-1是正切函数的逆函数，跟随船所期望的视距和视线角分别为ρ_Ld和λ_Ld；编队跟踪误差定义为ρ_Le＝ρ_L-ρ_Ld，λ_Le＝λ_L-λ_Ld，其中ρ_Le为跟随船的视距误差，λ_Le为跟随船的视线角误差。

3.根据权利要求2所述的用于欠驱动水面无人船舶的编队控制方法，其特征在于，在步骤1)中，所述自适应控制律利用领航船的位置和艏摇角，使得跟随船对领航船舶的视距ρ_L和视线角λ_L跟踪期望的ρ_Ld和λ_Ld，首先计算领航船和跟随船间的相对运动学方程，并根据跟随船的视距误差ρ_Le和视线角误差λ_Le，设计所述跟随船运动学虚拟控制律：和其中，k_ρ和k_λ是控制增益，∈₁和∈₂是正常数，p为正常数。