[发明专利]一种欠驱动无人船目标包围控制器结构及设计方法

摘要

本发明公开了一种欠驱动无人船目标包围控制器结构及设计方法，所述的结构由位置计算单元、速度观测器、模糊逼近器、距离控制器、航向控制器和动力学控制器组成；所述的位置计算单元接收无人船状态和目标相对位置信息；速度观测器接收无人船速度信息，距离控制器接收给定围绕距离；动力学控制器与受控欠驱动无人船和模糊逼近器相连；所述模糊逼近器接收无人船状态信息。本发明实现了无人船对时变速度目标的包围控制。该控制器能够利用无人船状态和目标相对位置信息有效估计相对动态信息，并基于反步法设计控制律。控制器只利用角速度信号就可以实现目标包围控制，因此既适用于全驱动无人船，也适用于欠驱动无人船。

主权项

1.一种欠驱动无人船目标包围控制器结构，其特征在于：由位置计算单元、速度观测器、模糊逼近器、距离控制器、航向控制器和动力学控制器组成；所述的位置计算单元输入端接收无人船状态和目标相对位置信息；位置计算单元输出端分别与速度观测器、距离控制器和航向控制器的输入端相连；所述速度观测器另一输入端接收无人船速度信息，速度观测器输出端分别与距离控制器和航向控制器输入端相连；所述距离控制器输入端接收给定围绕距离；距离控制器输出端与航向控制器输入端相连；所述航向控制器输出端与动力学控制器输入端相连；所述动力学控制器另一输入端与模糊逼近器输出端相连；动力学控制器输出端与受控欠驱动无人船输入端和模糊逼近器输入端相连；所述模糊逼近器另一输入端接收无人船状态信息；所述的目标满足下面的运动学模型：其中：分别代表地球参考系下目标在x、y轴上的位置及艏摇角信息；u_t,v_t,r_t∈R表示船体参考系下目标纵荡速度、横漂速度和艏摇角速度，R表示实数集；所述的欠驱动受控无人船满足下面的运动学模型：和动力学模型：其中分别代表地球参考系下受控无人船在x、y轴上的位置及艏摇角信息；u,v,r∈R表示船体参考系下受控无人船纵荡速度、横漂速度和艏摇角速度；m_u,m_v,m_r∈R是船体坐标系下无人船各方向惯性系数；f_u(·),f_v(·),f_r(·)∈R为无人船各方向的未知非线性函数；τ_wu(t),τ_wv(t),τ_wr(t)∈R代表时变风浪流在各方向对无人船造成的扰动，τ_u,τ_r∈R是所控欠驱动无人船的控制输入。