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申请/专利权人：大连海事大学

摘要：本发明公开了一种基于触发制导和自更新阈值的ASV预设性能控制方法，包括：S1：建立3自由度ASV的非线性数学模型和ASV的虚拟参考路径模型；S2：获取ASV的制导律；S3：获取基于有限边界触发圆的制导律；S4：获取ASV的虚拟控制律；S5：获取虚拟控制律的动态面信号：S6：获取动态事件触发机制；S7：获取ASV主机转速命令和ASV舵角命令；S8：获取ASV预设性能控制器的设计参数，以对ASV进行控制。本发明通过构建基于有限边界触发圆的制导律，降低了参考信号的传输频率，降低制导系统的通信负载。通过虚拟控制律的动态面信号，解决了触发阈值需要人为设计的问题，提高了ASV的控制精度。

主权项：1.一种基于触发制导和自更新阈值的ASV预设性能控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：建立3自由度ASV的非线性数学模型和ASV的虚拟参考路径模型；S2：根据所述3自由度ASV的非线性数学模型和ASV的虚拟参考路径模型，获取ASV的制导律；S3：根据所述ASV的制导律，获取基于有限边界触发圆的制导律；S4：根据所述基于有限边界触发圆的制导律，获取ASV的虚拟控制律；S5：根据所述ASV的虚拟控制律，获取虚拟控制律的动态面信号：S6：根据虚拟控制律的动态面信号，获取动态事件触发机制；S7：根据动态事件触发机制，获取ASV主机转速命令和ASV舵角命令；S8：根据ASV主机转速命令和ASV舵角命令，获取ASV预设性能控制器的设计参数，以对ASV进行控制；所述3自由度ASV的非线性数学模型建立如下： 其中，x表示ASV的位置横坐标，y表示ASV的位置纵坐标，ψ表示ASV的艏向角；η＝[u,v,r]T，u表示ASV的前进速度，v表示ASV的横漂速度，r表示ASV的艏摇速度；mu表示ASV在前进方向上的水动力附加质量，mv表示ASV在横漂方向上的水动力附加质量，mr表示ASV在艏摇方向上的水动力附加质量；fuη表示ASV在前进自由度上的非线性项，fvη表示ASV在横漂自由度上的非线性项，frη表示ASV在艏摇自由度上的非线性项；dwη＝[dwu,dwv,dwr]T，dwu表示ASV在前进自由度上受到的外界海洋环境的干扰力和力矩，dwv表示ASV在横漂自由度上受到的外界海洋环境的干扰力和力矩，dwr表示ASV在艏摇自由度上受到的外界海洋环境的干扰力和力矩；Gn表示ASV的主机增益函数，Gδ表示ASV的舵机增益函数；αn是与主机转速相关的控制输入，αδ表示与舵角相关的控制输入；所述ASV的虚拟参考路径模型建立如下： 式中，xd表示VS的位置横坐标，yd表示VS的位置纵坐标，ψd表示VS的艏向角，ud表示VS的期望速度，rd表示VS的期望艏摇角速度；所述S2中，ASV的制导律获取如下： 其中，ψr表示ASV的制导律；xe表示横坐标误差，ye表示纵坐标误差；所述S3中，获取基于有限边界触发圆的制导律如下： 式中，ze表示ASV位置误差；lmin表示有限边界触发圆的半径；t表示运行时间；tk表示制导信号的第k个触发时间点；所述S4中，ASV的虚拟控制律获取如下：定义ASV位置误差的预设区间和ASV艏向误差的预设区间： 式中，∈z1表示前进自由度预设下边界的设置参数，∈z2表示前进自由度预设上边界的设置参数，∈ψ1表示艏摇自由度预设下边界的设置参数，∈ψ2表示艏摇自由度预设上边界的设置参数，ρz表示前进自由度上的预设函数，ρψ表示艏摇自由度上的预设函数，ψe表示ASV的艏向误差；其中，式中，c表示正的预设时间参数，H表示正的预设函数收敛参数；ρ0表示ρz的初始值，ρc表示ρz的稳定值；根据前进自由度上的移位函数ξz和艏摇自由度上的移位函数ξψ，ASV位置误差和ASV艏向误差可以被写为 其中，ψe＝ψ-ψr；表示经过移位函数处理之后的ASV位置误差；表示经过移位函数处理之后的ASV艏向误差；其中， 式中，Ts表示移位时间；tend表示移位函数作用时间的结束时刻；对经过移位函数处理之后的ASV位置误差和经过移位函数处理之后的ASV艏向误差求导，可得 式中，zΔ表示人为定义的中间变量； 根据经过移位函数处理之后的ASV位置误差和经过移位函数处理之后的ASV艏向误差建立ASV的虚拟控制律如下： 式中，kz为前进自由度上虚拟控制律的正的设计参数，kψ为艏摇自由度上虚拟控制律的正的设计参数；αu表示前进自由度上的虚拟控制律；αr表示艏摇自由度上的虚拟控制律；所述S5中，虚拟控制律的动态面信号方法如下： 式中，ζu为前进自由度上大于零的时间常数，ζr为艏摇自由度上大于零的时间常数；o表示拉普拉斯算子；表示αu的动态面信号，表示αr的动态面信号，并且可以得到其中，qu表示前进自由度上动态面信号和虚拟控制律之间的差值，qr表示艏摇自由度上动态面信号和虚拟控制律之间的差值，即表示的初始值；表示的初始值；αu0表示αu的初始值；αr0表示αr的初始值；所述S6中，获取动态事件触发机制方法如下：定义误差动态ue＝u-αu,re＝r-αr，并对其求导， 式中：ue表示前进速度和前进自由度上虚拟控制律的差值；re表示艏摇角速度和艏摇自由度上虚拟控制律的差值；mu表示前进自由度上ASV的附加质量；mr表示艏摇自由度上ASV的附加质量；表示qu的导数；表示qr的导数；针对式12中fuη，frη，dwu，dwr，采用鲁棒神经阻尼技术进行鲁棒化处理； 式中，Au表示前进自由度上神经网络权重，Ar表示横摇自由度上神经网络权重，Ss表示高斯函数，εus表示前进自由度上神经网络对非线性项和外部环境干扰的逼近误差，εrs表示艏摇自由度上神经网络对非线性项和外部环境干扰的逼近误差，bu表示Au的范数值，br表示Ar的范数值，wu表示Au的归一化值，wr表示Ar的归一化值，s表示输入向量的集合，s＝[u,v,r,dwu,dwv,dwr]； 式中，θu表示前进自由度上鲁棒神经未知上界，θr表示艏摇自由度上鲁棒神经未知上界，即θu＝max{||Au||F,εuη},θr＝max{||Ar||F,εrη}，表示前进自由度上鲁棒神经阻尼项，表示艏摇自由度上鲁棒神经阻尼项，即εuη表示神经网络在前进自由度上的逼近误差；εrη表示神经网络在艏摇自由度上的逼近误差；||·||表示向量的范数值；||·||F表示向量的F范数值；如下： 式中，αkn表示ASV主机转速命令的触发命令；αn表示ASV主机转速命令；tkn表示主机信道上的触发时间；tn表示主机信道上的运行时间；tkδ表示舵机信道上的触发时间；tδ表示舵机信道上的运行时间；αkδ表示舵角命令的触发命令；αδ表示ASV舵角命令；表示主机信道上控制信号触发阈值参数；表示舵机信道上控制信号触发下界参数；en＝αkn-αn,eδ＝αkδ-αδ，主机信道上控制信号触发自更新阈值参数，舵机信道上控制信号触发自更新阈值参数；所述S7中，获取ASV主机转速命令和ASV舵角命令如下： 式中，λn1表示前进自由度上触发上边界参数；λn2表示前进自由度上触发下边界参数，λδ1表示艏摇自由度上触发上边界参数，λδ2表示艏摇自由度上触发下边界参数；所述S8中，获取ASV预设性能控制器的设计参数如下： 于是获得αkn,αkδ的ASV预设性能控制器如下： 式中，ku表示前进自由度上正的控制器设计参数，kr表示艏摇自由度上正的控制器设计参数，σn1表示前进自由度上正的增益自适应设计参数，σδ1表示艏摇自由度上正的增益自适应设计参数，σn2表示前进自由度上正的增益自适应防漂移参数，σδ2表示艏摇自由度上正的增益自适应防漂移参数；kun表示前进自由度上鲁棒神经阻尼系数，krn表示艏摇自由度上鲁棒神经阻尼系数；τn表示ASV在前进自由度上的中间控制输入变量，即ASV推力；τδ表示ASV在艏摇自由度上的中间控制输入变量，即ASV转船力矩。

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