[发明专利]一种基于特征模型的吊舱推进型无人艇艏向控制方法

说明书

本发明涉及一种基于特征模型的吊舱推进型无人艇艏向控制方法，属于无人艇控制技术领域。本发明包括步骤：首先采集一组无人艇机动数据，并对采集到的机动数据进行限幅滤波，消除干扰项；建立船舶数学模型；基于建立的船舶数学模型对基于特征模型的无人艇艏向控制器进行设计，通过设计的基于特征模型的无人艇艏向控制器来对无人艇艏向进行控制。本发明提出的基于特征模型的艏向控制器则可以克服内环控制精度和稳定性差的问题，并可以结合los制导算法实现对路径的跟踪，且航迹误差小。

技术领域

本发明涉及一种基于特征模型的吊舱推进型无人艇艏向控制方法，属于无人艇控制技术领域。

背景技术

无人驾驶船舶近些年逐渐引起航运业各方的关注。无人艇(USV)作为一种能够自主航行和智能作业的无人驾驶小型船舶，其随着传感器技术的进步和现代控制理论的发展，逐步从实验室内的仿真模拟研究进入到工程应用研究当中，如桥梁检测、海洋测绘、水质监测和水上搜救等。

无人艇路径跟踪控制是开展无人艇编队控制和协同控制等研究的基础。路径跟踪控制器一般具有两种结构，一种是将控制器分为外环制导环节和内环控制环节；另一种是将制导和控制集成在一起，这种结构的无人艇路径跟踪控制器通常基于神经网络等方法，而研究和应用中更多的路径跟踪控制器采用的是内外环分离的结构。无人艇路径跟踪控制器的内环控制方法主要集中在滑模控制、双极模糊控制、反步法和动态面控制等方法，但是上述多数算法对数学模型的精度和传感器的性能要求较高，导致内环控制精度和稳定性差，进而导致制导效果差，不能对路径进行有效的跟踪。

发明内容

本发明提供了一种基于特征模型的吊舱推进型无人艇艏向控制方法，用于克服无人艇艏向控制时内环控制精度和稳定性差的问题。

本发明的技术方案是：一种基于特征模型的吊舱推进型无人艇艏向控制方法，所述控制方法的具体步骤如下：

Step1、首先采集一组无人艇机动数据，并对采集到的机动数据进行限幅滤波，消除干扰项；

Step2、建立船舶数学模型；

Step3、基于建立的船舶数学模型对基于特征模型的无人艇艏向控制器进行设计，通过设计的基于特征模型的无人艇艏向控制器来对无人艇艏向进行控制。

进一步地，所述步骤Step2中，所述船舶数学模型建立包括两个步骤：

Step2.1、进行特征建模；其中，建模的数学表达式采用如下二阶时变差分方程表示：

y(k+1)＝F₁y(k)+F₂y(k-1)+G₁μ(k) (3)

其中，F₁，F₂，G₁为待定特征参量值；

Step2.2、通过RBF网络学习方法去逼近不同状态值下所对应特征模型相关的特征参量值，然后带入公式(3)中，完成船舶数学模型的建立。

进一步地，所述步骤Step3中，基于建立的船舶数学模型对基于特征模型的无人艇艏向控制器进行设计包括以下3个子控制器的设计；

(1)、设计线性黄金分割自适应控制器，此控制器设计如下：

其中：黄金分割系数l₁＝0.382，l₂＝0.618；e(k-1)为前一时刻推进器偏转角角度误差，即：e(k-1)＝y(k-1)-yr(k-1)，y(k-1)为前一时刻实际输出，yr(k-1)为前一时刻给定输出，α₁(k)，α₂(k)，为控制器参数估计值，其中：