[发明专利]一种欠驱动船舶路径跟踪非线性控制方法

权利要求书

1.一种欠驱动船舶路径跟踪非线性控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据虚拟船产生目标路径的指令时间序列信号，获取所述目标路径在当前时刻的虚拟船位置信息(x_d,y_d)和方位角ψ_d信息；

步骤2：根据测量到的实船的当前时刻位置信息(x,y)和航向角ψ信号，计算所述实船与所述虚拟船的相对位置误差z_e、所述实船的LOS航向角操作指令信号

步骤3：根据所述虚拟船位置信息、所述方向角信息，以及所述相对位置误差和所述LOS航向角操作指令信号，计算所述虚拟船的目标位置指令导数、所述实船航向指令信号ψ_r及其一阶导数和二阶导数；

步骤4：根据自适应反步法控制策略设计控制规律，计算主机推力指令信号τ_u和艏摇控制力矩指令信号τ_r，通过控制主机和操舵驱动实船跟踪虚拟船；

步骤5：更新实船的位置测量信息，并判断目标跟踪误差是否为0，如果“是”则结束跟踪，如果“否”则更新状态进入步骤(2)。

2.根据权利要求1所述的一种欠驱动船舶路径跟踪非线性控制方法，其特征在于：步骤(2)中的所述实船的LOS航向角操作指令信号的具体计算公式为：

其中，x_d表示虚拟船的x轴分量，y_d表示虚拟船的y轴分量，x表示实船的当前时刻位置在x轴分量，y表示实船的当前时刻位置在y轴分量，z_e表示所述实船与所述虚拟船的相对位置误差。

3.根据权利要求1所述的一种欠驱动船舶路径跟踪非线性控制方法，其特征在于：步骤(3)中的实船航向指令信号ψ_r及其一阶导数和二阶导数的计算公式具体表达为：

其中，ξ和ω为滤波器的阻尼和频率，ψ_r为滤波后的实船航向指令信号，当为常数时，

4.根据权利要求1所述的一种欠驱动船舶路径跟踪非线性控制方法，其特征在于：步骤(4)中的主机推力指令信号τ_u和艏摇控制力矩指令信号τ_r的计算公式的具体表达为：

其中，θ为实船运动状态，m₁₁和m₃₃为船舶转动惯量参数，α_u推力的虚拟控制信号、α_r为艏摇的虚拟控制信号，u_e和r_e为推力和艏摇的虚拟误差，k₁、k₂、δ₁、δ₂均为设置的参数，和为欠驱动船舶模型中非线性水动力部分的整体估计，和为海洋环境扰动的上界的估计，z_e表示所述实船与所述虚拟船的相对位置误差，ψ_e为实船的航向跟踪误差。