申请/专利权人：山东科技大学

申请日：2024-03-26

公开（公告）日：2024-06-07

公开（公告）号：CN117950409B

主分类号：G05D1/43

分类号：G05D1/43;G05D109/30

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.07#授权;2024.05.17#实质审查的生效;2024.04.30#公开

摘要：本申请涉及无人船控制技术领域，特别是涉及基于领导‑追随模型的多无人船系统协同控制方法及系统，该方法包括：建立三自由度无人船水平面运动数学模型，基于领导‑追随模型的多无人船的初始连通关系确定领导者无人船、追随者无人船及障碍物任二者之间的相对位姿关系，基于相对位姿关系建立初步离散避障角度模型并得到初步避障角度，将初步离散避障角度模型拟合为平滑避障模型后对平滑避障模型与期望相对角度进行光滑处理得到光滑避障角度，基于所述编队误差及速度误差对误差性能函数进行约束，基于该误差函数生成追随者控制策略。通过本申请保证多无人船在有限通讯范围实现队形维持和避障，降低无人船因避障而断联的风险。

主权项：1.一种基于领导-追随模型的多无人船系统协同控制方法，其特征在于，包括：无人船运动模型获取步骤，建立三自由度无人船水平面运动数学模型；初步离散避障角度获取步骤，基于领导-追随模型的多无人船的初始连通关系确定领导者无人船、追随者无人船及船载传感器捕获的障碍物任二者之间的相对位姿关系，基于所述相对位姿关系建立初步离散避障角度模型并得到初步避障角度，所述初步离散避障角度模型表示为如下计算模型： ，其中，初步避障角度表示为如下计算模型： ；光滑避障角度获取步骤，利用双曲正切函数将初步离散避障角度模型拟合为平滑避障模型后对平滑避障模型与期望相对角度进行光滑处理得到光滑避障角度，将所述光滑避障角度作为下一时刻的期望角度通过控制器控制追随者无人船避障，所述光滑避障角度表示为如下计算模型： ，其中， ，，，、是大于0的常数，表示领导者无人船的艏摇角，为追随者无人船与障碍物之间的相对距离，为领导者无人船与障碍物之间的相对距离，表示期望相对距离，表示避障半径，为期望相对角度，为追随者无人船与障碍物之间的相对角度，为领导者无人船与障碍物之间的相对角度；误差性能函数获取步骤，基于多无人船系统的中领导者无人船及多个追随者无人船的位置信息及艏摇角确定编队误差及速度误差，定义误差性能函数并基于所述编队误差及速度误差对所述误差性能函数进行约束，误差表示为如下计算模型： ， ， ，上述模型中，，，误差性能函数包括连通性保持性能函数、平滑避障性能函数及编队协同性能函数、，所述连通性保持性能函数、平滑避障性能函数及编队协同性能函数、分别表示为如下计算模型： 上述模型中，，，为无人船开始运动的时间，为无人船稳定的时间，，是正常数；追随者编队控制步骤，将误差性能函数中误差、、通过对数函数引入控制器中，生成追随者控制策略，所述追随者控制策略中包括更新后的理想纵荡速度、理想横荡速度、理想艏摇角速度、纵荡方向推力、艏摇方向推力及辅助信号，表示为如下计算模型： ，上述模型中，，，，，，，，为追随者艏摇角，为领导者无人船与追随者无人船之间的相对角度，为配置的辅助信号，用于稳定横荡速度在有限范围内；所述误差性能函数获取步骤中，所述编队误差为领导者无人船与追随者无人船之间的相对距离、相对角度及追随者艏摇角分别与期望相对距离、光滑避障角度及一接近角的差值，分别记为编队相对距离误差、编队相对角度误差、追随者艏摇角误差，所述接近角为模拟追随者对应位姿的期望艏摇角；其中，所述编队相对距离误差、编队相对角度误差、追随者艏摇角误差表示为如下计算模型： 上式中： 其中，是大于0的常数；所述误差性能函数获取步骤中，所述速度误差为追随者无人船在目标时刻的纵荡速度、横荡速度、艏摇角速度与预设的理想纵荡速度、理想横荡速度、理想艏摇角速度之间的差值，分别记为纵荡速度误差、横荡速度误差、艏摇角速度误差，纵荡速度误差、横荡速度误差、艏摇角速度误差表示为如下计算模型： ， ， 。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 山东科技大学 基于领导-追随模型的多无人船系统协同控制方法及系统

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