[发明专利]一种高精度轨迹跟踪控制方法

权利要求书

1.一种高精度轨迹跟踪控制方法，其特征在于：包括如下步骤，

a1、确定船舶的位置信息及舵角信息；

a2、将位置信息及舵角信息赋值于视线瞄准导航算法，通过视线瞄准导航算法得出期望航向角；

a3、包括一GPC控制器，通过确定的船舶位置信息及舵角信息以及期望航向角传输至GPC控制器；

a4、GPC控制器持续跟踪期望航向角得出指令舵角，实现高精度轨迹跟踪控制。

2.根据权利要求1所述的一种高精度轨迹跟踪控制方法，其特征在于：所述视线瞄准导航算法包括：

以坐标原点为起点，指向点(x,y)的射线在坐标平面上与x轴正方向的夹角为LOS角；定义四象限反正切计算，该角角度为arctan(y,x)∈(-π,π)；地球坐标系下，假设船舶当前的位置为P＝[x,y]，LOS的位置为P_los＝[x_los,y_los]，利用船舶的位置和期望轨迹，计算获得期望航向；

LOS角具体为:

3.根据权利要求1所述的一种高精度轨迹跟踪控制方法，其特征在于：GPC控制器持续跟踪期望航向角得出指令舵角，具体方法如下：

a、根据已建立的船舶模型中多项式系数A和B,可得到预测输出:

其中ψ为航向,δ为舵角,e为外部白噪声,d+1为系统的纯滞后；

b、由下式递推计算p步航向预测输出,构成向量ψ_m:

其中k＝1,…,p；p为预测步长；

c、实际操船要求航向近似于一阶惯性系统并逐步逼近设定值ψ_s；考虑系统的滞后,由下式递推计算p-d步参考轨迹,构成向量ψ_r,其中α为柔化系数,

d、取目标函数为:

J＝min{(ψ_r-ψ)^T(ψ_r-ψ)+λΔδ^TΔδ}

其中λ为加权系数；极小化目标函数得t时刻的命令舵角为:

δ(k)＝δ(k-1)+Δδ

其中，

Δδ＝(1,0,…,0)(G^TG+λI)^-1G^T(ψ_r-ψ_m)

k＝2,3,…；k₁＝min{k-1,n}。