[发明专利]无人艇有限时间抗饱和控制器的设计方法、系统及装置

说明书

本发明公开了无人艇有限时间抗饱和控制器的设计方法、系统及装置，属于无人水面艇运动控制技术领域，解决受到外部干扰、模型不确定性和输入饱和约束的无人艇分布式编队控制问题的问题。本发明的方法包括：建立单艘无人艇的数学模型，获取单艘无人艇的三自由度的动力学模型,并对三自由度的动力学模型进行转换；根据转换的三自由度的动力学模型，建立编队系统的跟踪误差动力学模型，获取单艘无人艇的跟踪误差和跟踪误差的导数；根据转换的三自由度的动力学模型，建立编队系统的动力学模型；根据单艘无人艇的数学模型、编队系统的跟踪误差动力学模型和编队系统的动力学模型设计有限时间抗饱和控制器。本发明适用于对多无人艇的分布式编队控制。

技术领域

本申请涉及无人水面艇运动控制技术领域，尤其涉及无人艇有限时间抗饱和控制器的设 计方法、系统及装置。

背景技术

无人艇在海洋资源勘探开发、侦察监视、海洋测绘等众多军事和商业活动中发挥着不可 缺少的作用。相较于单个无人艇，无人艇编队构型具有抗干扰性好、适应性和可行性强、任 务成本低、可靠性高等潜在优势。因此，多无人艇的编队控制问题成为了一个新的研究热点。

无人艇编队的控制技术通常分为两种：集中式编队控制和分布式编队控制。由于在集中 控制策略下，所有的编队成员都需要精确的领航者信息。然而，这一局限性导致基于主从式 的控制器容易出现单点失效问题，从而对编队任务产生不良影响。因此本文采用可靠性高， 灵活性强的分布式编队控制策略。

在实际的任务执行过程中，由于硬件上的物理限制和艇自身的能量消耗，无人艇执行器 的输出总是受到限制。如果超过了这个限制，执行器的期望输入信号与实际输出之间的偏差 就会导致性能下降甚至控制系统的不稳定。同时，非线性系统的强耦合和复杂外部环境引起 的干扰使得设计者无法获得准确的模型信息。因此，迫切的需要一种针对多无人艇编队的分 布式控制算法，保证控制系统在有输入饱和，外界干扰，模型不确定条件下的强鲁棒性。

发明内容

本发明目的是为了解决受到外部干扰、模型不确定性和输入饱和约束的无人艇分布式编 队控制问题的问题，提供了一种无人艇有限时间抗饱和控制器的设计方法、系统及装置。

本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明提供了一种无人艇有限时间抗饱和控制器的设计方法，所述方法 包括：

建立单艘无人艇的数学模型，获取所述单艘无人艇的三自由度的动力学模型,并对所述三 自由度的动力学模型进行转换；

根据所述转换的三自由度的动力学模型，建立编队系统的跟踪误差动力学模型，获取单 艘无人艇的跟踪误差和跟踪误差的导数；

根据所述转换的三自由度的动力学模型，建立编队系统的动力学模型；

根据所述单艘无人艇的数学模型、所述编队系统的跟踪误差动力学模型和所述编队系统 的动力学模型，利用滑模控制方法和自适应算法，设计有限时间抗饱和控制器。

进一步地，所述三自由度的动力学模型为：