[发明专利]一种吊舱式无人艇航向控制方法

权利要求书

1.一种吊舱式无人艇航向控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对吊舱式无人艇进行受力分析，根据吊舱转向角转向特性，建立吊舱式无人艇的船舶运动数学模型；

S2、根据所述船舶运动数学模型，建立吊舱式无人艇航向运动数学模型；

S3、根据所述吊舱式无人艇航向运动数学模型，采用等效迭代滑模算法对无人艇的航向角进行控制；

S4、通过PWM计算得出下一转向角指令，根据所述的转向角指令控制无人艇下一步的航行运动；

所述步骤S3包括以下子步骤：

子步骤S301、将无人艇的反馈航向角与设定的期望航向角进行对比，计算出航向偏差e，航向偏差变换率

利用如下公式得到航向偏差：

e＝ψ_d-ψ，式中ψ_d为期望航向角，ψ为实时反馈艏向；

利用如下公式得到航向偏差变换率：

式中为期望航向角和反馈艏向角随时间的变换率；

子步骤S302、采用饱和函数对其进行滑模控制设计，令饱和函数为非线性正切函数，公式为：

根据公式(7)可知：当x→0时，其函数斜率比较大，随着x值得逐渐增加，斜率逐渐减小并趋近于零；

子步骤S303、采用等效迭代滑模优化航向偏差，得到下一步的转向角指令：

构建航向偏差滑动模态为：

由于航向控制是对转向角的控制，则等效迭代滑模控制算法其输出值为转向角δ；构建“滑模面”与转向角之间的函数关系，并结合饱和函数的严格有界性，对公式(8)进行修正为：

当s₂→0时，s₁→0；为了满足系统有效到达“滑模面”，对s₂进行镇定控制，保证s₂收敛速度快于s₁，保证参数k₄≥k₂；

子步骤S304、将“滑模面”反馈值s₂用于滑模反馈控制律：

结合转向角的控制公式：得控制的转向角指令为：

δ_E＝δ-T_E(k_ps₂+εsgn(s₂))k_p,ε∈R⁺ (11)

式(11)中，δ_E为等效迭代滑模控制调节输出的转向角,δ为实际转向角，T_E为时间常数，s₂为所建立的“滑模面”反馈值，K_p，ε为等效迭代滑模控制调节系数。

2.根据权利要求1所述的吊舱式无人艇航向控制方法，其特征在于，在步骤S1中，对吊舱式无人艇的前进、横漂和艏摇三自由度平面运动进行受力分析，根据吊舱转向角转向特性，获得吊舱式无人艇沿x轴、y轴和z轴所产生的力和力矩；将获得的吊舱式无人艇产生的力和力矩结合船舶分离型数学模型公式，建立所述吊舱式无人艇的船舶运动数学模型。