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申请/专利权人：哈尔滨工程大学

摘要：本发明提供一种基于随体坐标系的无模型全分布式无人艇协同时变队形控制方法，包括：1建立基于应力约束的通信拓扑；2建立期望队形并确定控制目标；3设计仿射编队的控制器；4验证无人艇编队系统的稳定性和鲁棒性；本发明结合了仿射变换相关概念可以迅速的进行缩放、剪切和旋转等队形变换。同时，系统内的艇体自需要依赖感知交互和本艇的惯性信息即可在拒止环境下实现编队控制，并且有效降低了控制器的复杂程度，具备更低的计算量。

主权项：1.一种基于随体坐标系的无模型全分布式无人艇协同时变队形控制方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：建立基于应力约束的通信拓扑；采用通用的欧拉-牛顿方程表述无人艇的运动模型如下： 其中，ηi＝colpi,ψi为表示在大地坐标系下的无人艇状态向量，pi＝colxi,yi为位置向量，ψi为无人艇的艘向；θi＝colυi,ωi为表示在随体坐标系下的无人艇速度向量，υi＝colui,vi为线速度，ωi为角速度；Jψi为旋转矩阵，用Ji和Ri替代Jψi和Rψi；表示为无人艇考虑附加质量力后的的惯性矩阵；表示为科氏向心力矩阵；表示为阻力矩阵；表示为模型参数摄动干扰向量；表示为外界扰动向量；τi表示为控制指令输入；定义关联矩阵其中m为边集E中元素的数量；关联矩阵和拉普拉斯矩阵的关系为HTH＝L，得到如下关系式： 令为NullE的一组基；通过计算E的奇异值分解来获取NullE的一组正交基，将扩展构型的奇异值分解为有U＝colU1,U2，其中U1为U的前3列，得到如下方程： 据此，通过求解如下线性矩阵不等式得到参数c1,...,co： 为保证仿射可定位的要求，采用如下公式求得应力向量： 步骤2：建立期望队形并确定控制目标；采用一维变量描述队形的期望航向，定义期望队形为G,p*，其中表示无人艇群在航行过程中期望形成的图案；从仿射变化集中获取时变构型如下： 期望构型的中心为期望队形的运动方向为： 定义第i艘艇的期望艘向为根据期望轨迹的定义，各艇的常规跟踪误差为： 定义分布式跟踪误差为： 采用如下相对误差作为控制度量： 式中，δij表示第j艘无人艇在i艇随体坐标系下的坐标位置，σij表示第j艘无人艇的艘向在i艇随体坐标系下与纵向航速轴的夹角，则相对测量值与全局测量值的关系为： 确定控制目标如下： 步骤3：设计仿射编队的控制器；步骤4：验证无人艇编队系统的稳定性和鲁棒性。

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