申请/专利权人：大连海事大学

申请日：2022-03-24

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN114859884B

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：2024.06.28#授权;2022.08.23#实质审查的生效;2022.08.05#公开

摘要：本发明提供一种基于事件触发的具有避障功能的欠驱船轨迹跟踪控制方法、系统及存储介质，本发明方法，首先，利用非线性模型预测控制处理多变量控制问题的优势，将欠驱船的轨迹跟踪问题转化为优化问题；其次，利用非线性模型预测控制处理输入输出约束的优势，将多障碍物避障机制设计为系统输出约束处理，同时将船舶执行器的限制设计为系统输入约束处理；最后，设计事件触发机制，并将设计的事件触发机制引入到非线性模型预测控制的设计中，从而减轻计算负担。运用本发明提供的技术，在实际的海上航行过程中，既能实现欠驱船的轨迹跟踪，又能完成与多障碍物之间的自动避障，同时又能减轻计算负担。

主权项：1.一种基于事件触发的具有避障功能的欠驱船轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括：S1、利用非线性模型预测控制处理多变量控制问题的优势，将欠驱船的轨迹跟踪问题转化为优化问题；所述步骤S1的具体实现过程包括：S11、构建三自由度运动数学模型，如下： 上式中，η＝[x,y,ψ]T表示船舶的位置和航向，υ＝[u,v,r]T分别表示船舶前进速度、横漂速度、艏摇角速度；M表示惯性矩阵，Cυ表示科里奥利及向心力矩阵，Dυ表示阻尼矩阵；τ＝[τu0τr]T表示控制输入变量；S12、在实际的海上航行过程中，通常将舵角作为控制输入，因此，为解决多障碍物避障的轨迹跟踪问题，将构建的三自由度运动数学模型转化为如下形式： 上式中，τr表示舵角，τu表示向前加速；v＝λ1r+λ2r3由全尺寸和实验室实验给出；a,b,c,d,λ1,λ2,W表示模型参数；S13、定义ξ＝[x,y,ψ,r,u]T，将步骤S12中转化后的三自由度运动数学模型转化为如下所示的非线性控制系统： 上式中，τin＝[τr,τu]T,dw＝[dw1,dw2]T代表外界干扰；S14、对步骤S13中的非线性控制系统进行离散，得到：ξk+1＝fξk+g1τink上式中，ξk＝[xk,yk,ψk,rk,uk]T表示船舶状态变量；τink＝[τrk,τuk]T表示控制输入变量；S15、定义预测时域Np和控制时域Nc，未来预测时域Np范围内的预测状态可依次获得： 上式中，ξk+i|k表示使用k时刻的状态信息ξk得到的k+i时刻的预测状态变量；其中，Nc≤Np，假定当i≥Nc时，τink+ik＝τink+Nc-1k；S16、定义如下变量： S17、将欠驱动船舶的轨迹跟踪问题转化为具有以下代价函数的优化问题：J＝Φ-ΤTQΦ-Τ+UTΥU上式中，和分别是控制输入和输出的权值矩阵；表示克罗内克积；Τ表示由虚拟船产生的参考信号变量；S2、利用非线性模型预测控制处理输入输出约束的优势，将多障碍物避障机制设计为系统输出约束处理，同时将船舶执行器的限制设计为系统输入约束处理；所述步骤S2的具体实现过程包括：S21、将执行器的限制设计为控制输入限制，处理如下：Umin≤U≤Umax上式中，分别表示船舶最小和最大船舶向前速度和舵角；S22、多障碍物避障机制设计为控制输出约束，处理如下：[Xk-X0m]2+[Yk-Y0m]2≥[RΔm]2上式中，及X0m,Y0m表示半径为RΔm的第m个障碍物的位置；S3、设计事件触发机制，并将设计的事件触发机制引入到非线性模型预测控制的设计中，从而减轻计算负担。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 大连海事大学 一种基于事件触发的具有避障功能的欠驱船轨迹跟踪控制方法、系统及存储介质

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