[发明专利]死区限制下基于反步法与自适应动态规划的无人船轨迹跟踪最优控制方法

权利要求书

1.死区限制下基于反步法与自适应动态规划的无人船轨迹跟踪最优控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、建立无人水面船数学模型，设定无人水面船的期望轨迹数学模型；

S2、基于设定的所述期望轨迹数学模型，引入控制器输入死区函数；

S3、基于引入控制器输入死区函数的期望轨迹数学模型，采用反步法设计无人船轨迹跟踪系统的虚拟控制器和反步控制器；

S4、基于设计的虚拟控制器和反步控制器，为无人船轨迹跟踪的剩余误差设计基于自适应动态规划的最优控制器，并与反步控制器一起作用于无人船，设计无人船的轨迹跟踪控制器；

S5、基于无人船的轨迹跟踪控制器，设计无人船轨迹跟踪最优控制率。

2.根据权利要求1所述的无人船轨迹跟踪最优控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

S11、定义北东坐标系XOY和附体坐标系X_BO_BY_B，将北东坐标系XOY视作惯性坐标系，取地球任一点O为坐标原点，OX指向正北，OY指向正东；将附体坐标系X_BO_BY_B视作非惯性坐标系，船舶左右对称时，取其中心为坐标原点O_B，O_BX_B轴沿着船舶中线指向船艏方向，O_BY_B轴垂直指向右舷；

S12、对无人水面船进行建模，得到如下船舶运动控制数学模型：

其中，η＝[x,y,ψ]^T表示北东坐标系下的船舶位置向量，x、y表示无人水面船运动位置矢量，ψ∈[0,2π]表示艏摇角；R(ψ)表示地球坐标系和船体坐标系之间的转换矩阵；ν＝[u,v,r]^T表示附体坐标系下无人水面船运动的速度矢量，u、v、r分别表示其纵荡速度、横荡速度、艏摇速度；τ′＝M^-1τ，τ＝[τ_u,τ_v,τ_r]^T表示船舶控制输入向量，τ_u、τ_v、τ_r分别表示纵荡控制力、横荡控制力、艏摇控制力；f(v)表示系统动态向量，f(v)＝-M^-1(C(v)v+D(v)v)，M(t)＝M^T(t)0表示包含附加质量的惯性矩阵，C(v)表示斜对称矩阵，D(v)表示阻尼矩阵。

3.根据权利要求1所述的无人船轨迹跟踪最优控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，引入控制器输入死区函数，具体如下：

τ(μ)＝βμ+h

其中，

令f(η,υ)＝-C(υ)υ-D(υ)υ+h，得到：