申请/专利权人：哈尔滨工程大学

申请日：2021-10-13

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN113805486B

主分类号：G05B13/04

分类号：G05B13/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2022.01.04#实质审查的生效;2021.12.17#公开

摘要：本发明公开了一种USV精确路径跟踪控制方法，步骤1：建立SF坐标系位置跟踪误差系统，设计有限时间侧滑角观测器得到侧滑角估计值；步骤2.采用FLOS导引算法，利用侧滑角估计值给出期望艏向、期望速度和路径参数的更新率；步骤3：建立艏向动态误差离散控制模型和纵向速度跟踪误差离散控制模型；步骤4：通过构造离散滑模面和离散自适应快速幂次趋近律设计艏向离散控制器和纵向速度离散控制器，并采用离散干扰估计器对外界环境力进行补偿，完成对期望艏向和期望速度在扰动下跟踪。本发明路径跟踪误差渐进收敛到零，具有全局渐进稳定性，对连续快速趋近律进行离散化并将其改进，使得稳定性与采样周期解耦，稳定性不受采样周期限制。

主权项：1.一种USV路径跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立SF坐标系位置跟踪误差系统，设计有限时间侧滑角观测器得到侧滑角估计值期望路径在水平面上以θ为路径参数，且一阶、二阶导数存在且有界，在北东坐标系中，期望路径曲线上任意路径目标跟踪点的坐标为pθ＝[xθ,yθ]T，目标实时位置为p＝[x,y]T，目标误差值为pe＝[xe,ye]T，ψθ为北东坐标系向SF坐标系旋转角度，ψθ＝arctan2y′θ,x′θ；北东坐标系下的位置误差为：η＝[x-xθ,y-yθ,ψ-ψθ]T，SF坐标系下位姿误差且ψ为无人艇实时艏向角；步骤2.采用FLOS导引算法，利用侧滑角估计值给出期望艏向、期望速度以及路径参数的更新率；步骤3：建立USV艏向动态误差离散控制模型和纵向速度跟踪误差离散控制模型；定义艏向角误差ψe＝ψ-ψd，回转率跟踪误差为r为无人艇实时回转率，ψd为期望艏向，采用Euler近似离散法得到USV艏向动态误差离散控制模型： 其中，m11,m22,m33为无人艇数学模型惯性矩阵中对应位置变量，m11＝m22＝m，m33＝Iz，m为无人艇质量，Iz为无人艇绕z轴转动惯量；d32,d33为无人艇数学模型阻尼矩阵中对应位置变量；T为数字控制器的采样周期；k＞0且为正整数；ψe[k]为k时刻艏向角误差，re[k]为k时刻回转率跟踪误差，ψd[k]为k时刻期望艏向角，u[k]为k时刻横向速度，v[k]为k时刻纵向速度，τr[k]为艏向控制器，dr[k]为艏向动态误差模型中k时刻受到的扰动；定义纵向速度跟踪误差为：ue＝u-ud，ud为期望速度，采用Euler近似离散法得到纵向速度跟踪误差离散控制模型： 其中，du[k]为k时刻纵向环境扰动，τu[k]为纵向速度离散控制器，r[k]为k时刻实时回转率；u为无人艇实时横向速度，v为无人艇实时纵向速度；步骤4：通过构造离散滑模面和离散自适应快速幂次趋近律设计艏向离散控制器和纵向速度离散控制器，并采用离散干扰估计器对外界环境力进行补偿，完成对期望艏向和期望速度在扰动下的跟踪；艏向离散控制器τr[k]为： 其中：自适应因子表达式为： 其中， 其中，0＜Tα10＜1、α11＞0、0＜β2＜1、c7,c8＞0、c7T＜1为选定的设计参数；纵速度离散控制器τu[k]为： 其中：表达式为： 其中，α12＞0、c9,c10＞0、c9T＜1为选定的设计参数。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 哈尔滨工程大学 一种USV路径跟踪控制方法

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