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申请/专利权人：哈尔滨理工大学

摘要：基于固定时间扩张状态观测器的多无人艇编队控制方法，涉及船舶运动控制技术领域。本发明是为了解决在复杂的海洋环境中快速形成编队并保持预设队形运动控制时，采用滑模控制方式会出现抖振的问题。本发明所述的基于固定时间扩张状态观测器的多无人艇编队控制方法，利用基于障碍函数的积分滑模控制器实现了进一步降低传统积分滑模抖振的问题，针对无人艇编队提出了一种基于改进fal函数的固定时间扩张状态观测器，以较短的时间估计了编队内无人艇所受到的未知扰动。

主权项：1.基于固定时间扩张状态观测器的多无人艇编队控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：令参与编队的第i个跟随者的期望航行轨迹ηid为： 其中，ηl为领航者的航行轨迹，hi为第i个跟随者与领航者的轨迹差，i＝1,2,...,N，N为跟随者的总数；步骤二：采集各跟随者的实际航行轨迹并建立吸引势函数： 其中，Uatt_i为第i个跟随者的吸引势场，k1为吸引势场的增益因子，ηI＝[110]T，为第i个跟随者与其目标点之间距离的临界值，ηi为北东坐标系下第i个跟随者的实际航行轨迹，表示阿达玛积；步骤三：在水中无固定障碍物的情况下，以每个跟随者的几何中心为圆心，分别以和为半径，对每个跟随者构建圆OS2和圆OB1，建立排斥势函数： 其中，Urep_i为第i个跟随者的排斥势场，为第i个跟随者的几何中心至第j个跟随者的圆OS2边沿的最短距离，j＝1,2,...,N，i≠j，中间变量Z表示排斥方程，Ξ表示连续平滑函数，为第i个跟随者几何中心至第j个跟随者几何中心的向量；步骤四：根据吸引势函数和排斥势函数建立合势场函数：Ui＝Uatt_i+Urep_i，其中，Ui为第i个跟随者的合势场；步骤五：根据跟随者的实际跟踪误差ei，并结合合势场函数构建全局误差系统： 其中，中间变量Xit＝[ei,μi]T，为Xit的一阶导数，为第i个跟随者的计划行驶轨迹，μi为ei的一阶导数，且有： 表示梯度算子，为ηi的二阶导数，为ηl的二阶导数，t为时间，giηi,μi＝Sriμi-JiMi-1Ci+DiJiTμi-JiMi-1fi， Ci为第i个跟随者的科氏力矩阵，Di为第i个跟随者的阻尼系数矩阵，Mi为第i个跟随者的惯性矩阵，τi为第i个跟随者的控制输入向量，ωi为第i个跟随者的外界环境干扰实际值，ri为第i个跟随者绕ZBi轴旋转的角速度，ZBi轴为第i个跟随者在船体坐标系中垂直于船体平面的轴，Ji为北东坐标系和船体坐标系之间的转换矩阵， 步骤六：根据全局误差系统构建基于误差的积分滑模面函数 其中，aij为通信权重，K1[-0.7I3,-1.5I3]，K2＝[0.0409I30.2386I3]；步骤七：根据基于误差的积分滑模面函数构建基于障碍函数的积分滑模面函数Θit： 其中，ι＝1.01，ε＝0.1，步骤八：根据基于障碍函数的积分滑模面构建等效控制律： 其中，ζi＝0.3，为第i个跟随者的外界环境干扰估计值；步骤九：基于全局误差系统建立基于改进fal函数的扩张状态观测器： 其中，中间变量为第i个跟随者的估计跟踪误差，为的一阶导数，为的一阶导数，为的一阶导数，第i个跟随者的外界环境干扰估计值，为的一阶导数，βi_01＝1，βi_02＝1，βi_03＝1，β＝0.265，表示改进fal函数，且有： ao和bo均为改进fal函数的控制参数；步骤十：调整改进fal函数的控制参数ao和bo，使得扩张状态观测器观测获得能够跟踪ωi的将该输入至等效控制律从而获得τi，进而实现无人艇编队。

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百度查询： 哈尔滨理工大学 基于固定时间扩张状态观测器的多无人艇编队控制方法