[发明专利]一种基于参数辨识的无人艇自适应控制方法

说明书

本发明提供了一种基于自适应的无人艇航迹控制方法，通过惯性导航设备测量无人艇的纵荡速度信号、侧向位置信号以及艏向角信号，并根据纵荡速度误差信号、侧向位置误差信号、以及艏向角误差信号通过二阶震荡微分滤波器得到滤波微分信号，并叠加相应误差积分信号组成速度误差滑模信号与艏向角误差滑模信号；再通过自适应规律设计分别对纵荡推进力与轨迹控制的无人艇转艏力矩信号进行自适应补偿，并通过定常纵荡推进力信号叠加相应的滑模非线性信号、自适应控制信号得到最终的纵荡推进力与转艏力矩，从而实现对给定速度的跟踪与期望轨迹的跟踪控制。

技术领域

本发明涉及无人艇的纵向推进、速度控制领域，具体而言，涉及一种基于参数辨识的无人艇自适应控制方法。

背景技术

无人艇的纵向推进与速度控制传统上一般采用误差反馈以及等效控制结构补偿的方式，因此在工程设计中需要知道无人艇的结构尺寸等精确信息，以及转动惯量等质量分布信息，然后进行结构补偿。由于无人艇模型存在较多的非线性以及耦合影响，因此上述模型结构参数的精确获取是比较困难的，以及无人艇在水面运行过程中受到的风浪干扰影响，因此模型参数总是存在不确定性，因此靠预先知道结构信息来进行精确补偿的思想在实际工程中是难以完全实现的，总有部分不确定性导致部分结构信息难以被完全补偿，从而造成速度控制的平稳性、抗干扰能力、以及精确性均存在一定的不足。基于上述背景原因，本发明以及参数辨识的思想，采用两种自适应的方法是无人艇的结构干扰信息进行自适应辨识补偿，并结构反馈控制的思想，提出了一种自适应控制方法，实现了无人艇纵向推进速度的精确反馈抗干扰控制，也使得本发明具有很高的工程应用推广价值。

需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于参数辨识的无人艇自适应控制方法，进而克服了由于无人艇结构与干扰信息不确定导致的无人艇速度控制平稳性与动态性能不足的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种基于参数辨识的无人艇自适应控制方法，包括以下四个步骤：

步骤S10，在无人艇上安装惯性导航设备，测量无人艇的纵荡速度信号与艏摇角速度信号，并根据无人艇任务，设置无人艇的期望纵荡速度信号，进行比较后得到无人艇的纵荡速度误差信号；再根据纵荡速度误差信号进行组合非线性变换，得到纵荡速度误差非线性信号；然后根据纵荡速度误差非线性信号通过惯性延迟环节，得到速度常值干扰惯性自适应估计信号；并根据纵荡速度误差非线性信号与纵荡速度误差信号设计速度常值干扰迭代自适应速率信号；然后再进行积分迭代，得到速度常值干扰迭代自适应估计信号；然后叠加速度常值干扰惯性自适应估计信号得到速度常值干扰参数自适应辨识总信号。

步骤S20，根据所述的纵荡速度误差非线性信号、无人艇的纵荡速度信号与艏摇角速度信号，通过惯性延迟环节，得到平动转动耦合干扰惯性自适应估计信号；再根据所述的纵荡速度误差信号、纵荡速度误差非线性信号、无人艇的纵荡速度信号与艏摇角速度信号进行非线性组合，得到平动转动耦合干扰迭代自适应速率信号，再进行积分迭代，得到平动转动耦合干扰迭代自适应估计信号；然后叠加平动转动耦合干扰惯性自适应估计信号得到平动转动耦合干扰参数自适应辨识总信号。

步骤S30，根据所述的纵荡速度误差非线性信号、无人艇的纵荡速度信号通过惯性延迟环节，得到平动干扰惯性自适应估计信号；再根据所述的纵荡速度误差信号、纵荡速度误差非线性信号、无人艇的纵荡速度信号与艏摇角速度信号进行非线性组合，得到平动干扰迭代自适应速率信号，再进行积分迭代，得到平动干扰迭代自适应估计信号；然后叠加平动干扰惯性自适应估计信号得到平动干扰参数自适应辨识总信号。