[发明专利]一种无人艇高性能轨迹跟踪控制系统和方法

权利要求书

1.一种无人艇高性能轨迹跟踪控制系统，其特征在于，包括地面岸基系统和无人艇系统；所述地面岸基系统包括工控机、第一通信模块、路径规划模块和航行监督模块；所述路径规划模块用于生成无人艇系统的初级任务轨迹，并用于将初级任务轨迹传输至无人艇系统；所述第一通信模块用于接收和传输信息；所述航行监督模块用于接收无人艇系统传输的航行状态信息和数字化干扰信息，并用于判断无人艇系统是否偏航；所述无人艇系统包括传感器模块、海洋干扰模型生成模块、第二通信模块、二次轨迹优化模块、滑膜神经网络自适应控制器模块、动力约束模块、驱动器模块；所述传感器模块用于观测海洋上的干扰信息，并用于将干扰信息传输至海洋干扰模型生成模块；所述海洋干扰模型生成模块用于将干扰信息数字化整合，生成数字化干扰信息，并用于将数字化干扰信息传输至航行监督模块、二次轨迹优化模块和滑膜神经网络自适应控制器模块；所述第二通信模块用于接收和传输信息；所述二次轨迹优化模块用于接收数字化干扰信息和初级任务轨迹，生成二次优化轨迹，还用于将二次优化轨迹传输至滑膜神经网络自适应控制器模块；所述滑膜神经网络自适应控制器模块用于生成无人艇系统的航行状态信息，并用于将航行状态信息传输至航行监督模块；所述滑膜神经网络自适应控制器模块还用于生成理论控制律，并用于将理论控制律传输至动力约束模块；所述动力约束模块用于对理论控制律进行优化，生成实际控制律，并用于将实际控制律传输至驱动器模块；所述驱动器模块用于根据实际控制律驱动无人艇系统航行。

2.如权利要求1所述的无人艇高性能轨迹跟踪控制系统，其特征在于，所述滑膜神经网络自适应控制器模块包括非奇异快速终端滑模函数、径向基神经网络、自适应控制律和无人艇模型模块；所述无人艇模型模块用于生成自身的航行状态信息，并用于接收数字化干扰信息；无人艇模型模块还用于生成无人艇数学模型，并用于提供理论控制律计算所需的参数信息；所述非奇异快速终端滑模函数、径向基神经网络和自适应控制律用于生成理论控制律。

3.如权利要求2所述的无人艇高性能轨迹跟踪控制系统，其特征在于，所述传感器模块包括风浪干扰观测传感器和周围环境观测传感器；风浪干扰观测传感器用于获取风、浪信息，周围环境观测传感器用于获取障碍物信息。

4.如权利要求3所述的无人艇高性能轨迹跟踪控制系统，其特征在于，周围环境观测传感器包括ka波段雷达、海事雷达、双目相机、激光雷达；ka波段雷达和海事雷达用于获取远距离的障碍物信息；双目相机、激光雷达用于获取近距离的障碍物信息；风浪干扰观测传感器包括多普勒海流传感器、风速传感器和风向传感器。

5.如权利要求4所述的无人艇高性能轨迹跟踪控制系统的方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤1，对路径规划模块下达任务指令，路径规划模块根据任务指令生成初级任务轨迹，并将初级任务轨迹传输至二次轨迹优化模块；

步骤2，周围环境观测传感器将障碍物信息传输至海洋环境干扰模型生成模块；风浪干扰观测传感器将风、浪信息传输至海洋环境干扰模型生成模块；海洋干扰模型生成模块将风、浪和障碍物产生的干扰信息数字化整合，生成数字化干扰信息，并将数字化干扰信息传输至二次轨迹优化模块和滑膜神经网络自适应控制器模块，还将数字化干扰信息传输至航行监督模块；

步骤3，二次轨迹优化模块根据接收到的初级任务轨迹和数字化干扰信息对初级任务轨迹优化，生成二次优化轨迹，并将二次优化轨迹传输至滑膜神经网络自适应控制器模块；

步骤4，滑膜神经网络自适应控制器模块生成自身的航行状态信息，并将航行状态信息传输至航行监督模块；滑膜神经网络自适应控制器模块还将接收的数字化干扰信息与航行状态信息结合，生成无人艇数学模型；滑膜神经网络自适应控制器模块根据无人艇数学模型、接收到的二次优化轨迹和数字化干扰信息生成理论控制律，并将理论控制律传输至动力约束模块；

步骤5，动力约束模块将接收的理论控制率进行优化，生成实际控制律，并将实际控制律传输至驱动器模块；

步骤6，驱动器模块根据接收的实际控制律驱动无人艇系统航行。

步骤7，在无人艇实时航行的过程中，无人艇模型模块通过第二通信模块和第一通信模块将当前无人艇航行状态信息传输给地面岸基系统，地面岸基系统对于无人艇航行状态实时进行安全监控。