[发明专利]一种面向水下探测作业的无人艇路径跟踪预设性能控制方法及系统

权利要求书

1.一种面向水下探测作业的无人艇路径跟踪预设性能控制方法，其特征是，包括：

首先提出了虚拟点预设性能虚拟速度律；

随后设计了视系统状态变化在零点邻域内外切换的预设性能制导律；

进一步得到了可确保系统误差变量时刻处于预设约束的期望俯仰角速度；

最终基于模糊监督机制设计了鲁棒动力学控制器，实现精准路径跟踪控制；利用组合导航系统将无人艇惯导模块与多普勒计程仪的信息进行融合所推算出姿态角θ，多普勒计程仪所测的速度u、w以及深度计采集的深度信息z，可以如下方式计算虚拟点的预设性能虚拟速度律：

其中，组合导航系统为一种传感器信息处理单元，e_x为前向跟踪误差，e_x,u、e_x,l分别为预设误差上下限；k₁为待整定控制参数；z_x为转换后的新前向误差，λ_x和f_x为转换后新系统的增益及已知项系数，其计算与θ有关；为深度面合速度，u为前向速度，w为垂向速度；v_e＝v-v_p为无人艇与虚拟点方向跟踪误差，v、v_p分别为无人艇与虚拟点的潜伏角；e_z＝z-z_d为垂向跟踪误差，z_d为期望深度，κ为参考路径曲率；基于这一虚拟速度律，虚拟点将以这一速度沿期望的参数化路径切线方向运动，据此更新其位置；

所提出的一种预设性能切换制导律在零点邻域内的局部制导律如下：

其中，为时变视线制导角；e_z为垂向跟踪误差，e_z,u、e_z,l分别为预设误差上下限；k₂为待整定参数；z_z为转换后的新垂向误差，λ_z为新系统的增益，v_swith为人为设定的切换阈值；所提出的一种预设性能切换制导律在非零点邻域内的全局制导律如下：

其中，f_z为新系统的已知项。

2.如权利要求1所述的一种面向水下探测作业的无人艇路径跟踪预设性能控制方法，其特征在于无人艇的参考俯仰角速度q_d如下：

其中，为无人艇攻角。

3.如权利要求1所述的一种面向水下探测作业的无人艇路径跟踪预设性能控制方法，其特征在于，无人艇舵角的计算方法为

其中，g_q为舵角增益，q_e＝q-q_d为俯仰角速度误差，其中q为俯仰角速度，q_d为期望俯仰角速度，由组合导航系统测量得到；λ_δ为时延系数；f_q为模型函数；k₃为待设定参数；τ_fuz为模糊监督控制器。

4.如权利要求1所述的一种面向水下探测作业的无人艇路径跟踪预设性能控制方法,其特征在于控制舵角计算方法中处于切换控制律所造成余项的模糊监督控制器如下：

其中，ξ为模糊高斯基向量，为最优估计模糊权值向量，其自适应律如下：

其中，γ为人为设定参数。

5.一种采用权利要求1-4任一项所述的面向水下探测作业的无人艇路径跟踪预设性能控制方法的控制系统，其特征在于，所述系统包括：

传感信息模块，包括多普勒计程仪、深度计、惯导模块，用于实时获取路径跟踪所需的位置、姿态传感信息；

艇载控制器模块，利用传感信息计算控制输出；

执行机构模块，包括艉部水平舵、艉部推进器用于执行所计算出的舵角和速度指令，实现路径跟踪的同时确保了无人艇的安全性。