[发明专利]一种不确定欠驱动无人艇系统的预设性能控制方法

权利要求书

1.一种不确定欠驱动无人艇系统的预设性能控制方法，其特征在于，包含如下步骤：

步骤1)、建立无人艇动态模型：包括无人艇的运动学和动力学模型；

步骤2)、提出预设性能控制法处理跟踪误差约束条件：定义无人艇实际轨迹与理想轨迹之间的跟踪误差，根据避免跟踪控制器奇异的条件设定跟踪误差需满足的约束条件，然后提出预设性能控制技术把受到约束条件的跟踪误差转化为不受约束条件的误差；

步骤3)、应用动态面控制技术处理虚拟控制器：采用动态面技术避免虚拟控制器的求导；

步骤4)、采用神经网络在线学习系统的不确定动态：利用RBF神经网络对任意光滑函数以任意精度逼近的特性，分别构造第一RBF神经网络和第二RBF神经网络对系统不确定动态f_r(r)和f_u(u)进行在线学习，其中，神经网络的权值更新率设计如下：

其中，和分别为不确定动态f_r(r)和f_u(u)的神经网络权值向量的转置向量；和分别为不确定动态f_r(r)和f_u(u)的神经网络权值向量；Γ₁和Γ₂分别为和所设计的对称正定矩阵；r_e和u_e分别为r，u与各自滤波虚拟控制器之间的误差，所述滤波虚拟控制器为步骤3)中虚拟控制器通过动态控制技术处理后得到的变量；S₁(Z₁)和S₂(Z₂)均为高斯函数；σ₁和σ₂分别为和设计的正常数；r和u分别是无人艇的航向角速度和纵向角速度；Z₁是第一RBF神经网络的输入量，数值等于r，Z₂是第二RBF神经网络的输入量，数值等于u；Ω₁和Ω₂分别表示r和u的紧集；

步骤5)、设计跟踪控制器：应用李雅普诺夫稳定性理论设计符合要求的跟踪控制器：

其中，m₁₁，m₂₂和m₃₃是无人艇在u，v，r各自速度方向上的质量，包括附加的质量，u为无人艇的纵向角速度，v为无人艇的横荡速度，r为无人艇的航向角速度，k₁和k₂分别为跟踪控制器τ_r和τ_u的控制增益，z₁和z₂为轨迹跟踪误差经过步骤2)处理后得到的转化误差，χ₁和χ₂分别为跟踪控制器τ_r和τ_u包含的中间变量，ψ_e为无人艇实际航向角与参考轨迹航向角的误差，和分别为跟踪控制器τ_r和τ_u中用于抵消时变扰动的扰动观测器，y_r和y_u分别为虚拟控制器α_r和α_u采用动态面技术而引入的层面误差，c₁和c₂分别为虚拟控制器α_r和α_u应用动态面技术时引入的设计参数。