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申请/专利权人：江苏海洋大学

摘要：一种基于避碰角和斥力场的避让算法，包括对于第i艘无人船的动力学和运动学模型设计、执行器的幅值限制和速率限制、避碰算法、观测器设计、避障算法和控制器设计。本发明基于避碰角和斥力场的避让算法能够在执行机构幅值和速率饱和下处理编队避碰和避障，其次，本发明所提出的控制律与人工势能函数、避障参考角相结合，更合理且更加适合工程应用，人工势能函数作用于编队之间产生斥力，使得编队船只互相远离保障航行安全，避障参考角作用于编队和障碍物之间，使得编队以尽可能光滑的轨迹绕开障碍物，而不是产生斥力造成编队停船。

主权项：1.一种基于避碰角和斥力场的避让算法，其特征在于：该算法包括1执行器的幅值限制和速率限制：具有幅值限制和速率限制的执行器通过嵌套饱和系统来表示，它包含两个饱和函数SATm和SATr，SATm为幅值饱和函数，为致动器控制增益的对角矩阵，k11,k12,k13为正常数；为允许表示不同位置饱和度的对角矩阵，k21,k22,k23为正常数；SATm表示为： 式中：σi,max和分别为包含力和力矩的矢量的最大值和最小值，SATr近似于SATm；组合执行器组的时间响应由式如下： 式中，SATr为执行器速率的饱和函数；2避碰算法：引入斥力场进行无人潜航器之间的无碰撞编队控制，具体如下： 式中：αc为正常数，为第j个USV的避碰半径；定义ρij为第i跟随船与领航船j的相对距离，其方程和微分方程如下： λij为第i个USV与领航船的相对夹角，如下表示：λij＝arctan2yj-yi,xj-xi微分方程如下： 将第i艘跟随船驱动到具有相对位置的编队模式，以便： 式中：ρij,d和λij,d分别是期望距离和期望角，c1和c2是足够小的正常数；给出以下约束条件： 式中：分别为ui、vi、ri的边界；分别为uj，vj，rj的边界；3观测器设计：将改写为 式中ζi,js是向量ζi＝[ζi,1,ζi,2,ζi,3]T的一个变量，js＝1、2或3；观测器的误差动力学表示为： 式中 是估计误差；4避障算法：预期船舶避障轨迹模型设计如下： 式中：表示扩展视野锥边缘的航向角； 视野锥沿着正负方向各扩展了角度αo，将候选的障碍物避让航向参考定义为 当第k个障碍物或第j个USV在移动时，扩展视野锥的每个边都会围绕第k个障碍物的中心进行旋转，以确保视野始终保持在障碍物或USV的周围、以及准确感知其运动方向。

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