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申请/专利权人：烟台大学

摘要：本发明公开一种欠驱动无人船舶轨迹跟踪控制方法、产品、介质及设备，涉及船舶控制领域。本发明根据船舶位置和姿态的动力学参数建立欠驱动无人船舶动力学模型、位置误差动力学模型以及姿态误差动力学模型，并设计期望全驱控制器以及外环推进力控制器；基于期望全驱控制器设计通过atan3函数刻画的偏航角规划器，得到基于全驱控制表达的期望平动速度和期望偏航角；基于期望偏航角和姿态误差动力学模型设计期望偏航角速度控制器以及内环偏航力矩控制器；基于各个控制器和偏航角规划器建立船舶跟踪控制器；利用船舶跟踪控制器控制船舶推进力和偏航力矩，使船舶跟踪期望位置，能够提高船舶控制精度，达到良好的轨迹跟踪和镇定效果。

主权项：1.一种欠驱动无人船舶轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括：实时获取船舶位置和姿态的动力学参数；所述动力学参数包括船舶位置x,yT、偏航角ψ、纵向运动速度u、横向运动速度v以及偏航角速度r；根据动力学参数建立欠驱动无人船舶动力学模型、位置误差动力学模型以及姿态误差动力学模型；基于欠驱动无人船舶动力学模型和位置误差动力学模型设计期望全驱控制器以及外环推进力控制器；所述基于欠驱动无人船舶动力学模型和位置误差动力学模型设计期望全驱控制器以及外环推进力控制器，具体包括：基于欠驱动无人船舶动力学模型和位置误差动力学模型设计出期望全驱控制器以及外环推进力控制器其中cp,cv,d均为正的设计参数；nψ＝cosψ,sinψT；p＝x,yT为船舶位置；p*＝x*,y*T为期望位置；位置误差速度误差ud为期望平动速度；m1,m2,m3表示船舶惯性和附加质量效应确定的参数；d1,d2,d3表示水动力阻尼参数；基于期望全驱控制器设计通过atan3函数刻画的偏航角规划器，得到基于全驱控制表达的期望平动速度和期望偏航角；所述基于期望全驱控制器设计通过atan3函数刻画的偏航角规划器，得到基于全驱控制表达的期望平动速度和期望偏航角，具体包括：引入期望全驱控制μd∈R2，其对应存在一个期望偏航角ψd∈R和一个期望平动速度ud∈R，且三者满足关系式μd＝Sud,vnψd；其中nψd＝cosψd,sinψdT；当获得期望全驱控制μd后，通过反向求解得出以及其中t表示时刻；将二维向量nψd的第一个分量和第二个分量分别记作n1t和n2t，则借助于atan3函数计算出期望偏航角ψdt＝atan3n2t,n1t；基于期望偏航角和姿态误差动力学模型设计期望偏航角速度控制器以及内环偏航力矩控制器；所述基于期望偏航角和姿态误差动力学模型设计期望偏航角速度控制器以及内环偏航力矩控制器，具体包括：基于期望偏航角ψd和姿态误差动力学模型设计期望偏航角速度控制器以及内环偏航力矩控制器其中cψ,cr均为正的设计参数；为偏航角误差；为偏航角速度误差；rd为期望偏航角速度；Γ为内环姿态偏航力矩；基于期望全驱控制器、外环推进力控制器、偏航角规划器、期望偏航角速度控制器以及内环偏航力矩控制器建立船舶跟踪控制器；利用船舶跟踪控制器控制船舶推进力和偏航力矩，使船舶跟踪期望位置。

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