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申请/专利权人：上海船舶运输科学研究所有限公司;上海交通大学

摘要：本发明提供了一种基于自抗扰首向控制的欠驱动船舶路径跟踪方法及系统，该方法先获取船舶当前时刻的实际舵角，建立惯性坐标系并在惯性坐标系下获取船舶的目标路径、当前时刻的船舶中心坐标和实际首向角；再建立运动坐标系并在运动坐标系下获取当前时刻船舶合速度，然后采用漂角观测器的增益值随跟踪误差自适应变化的积分视线制导律以及特定的计算方法计算出当前时刻船舶的期望首向角，并采用跟踪微分器计算出期望首向角的过渡信号和过渡信号的微分信号，通过改进线性扩张状态观测器计算出首向角、转首角速度和扰动项估计值，最后采用非线性状态误差反馈控制器计算出当前时刻船舶的期望舵角，进而实现船舶的路径跟踪，解决了船舶的欠驱动问题。

主权项：1.一种基于自抗扰首向控制的欠驱动船舶路径跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：坐标系建立及数据获取步骤：通过舵轮传感器获取欠驱动船舶当前时刻的实际舵角，以大地上某一固定点为原点建立惯性坐标系，在惯性坐标系下获取欠驱动船舶的目标路径、当前时刻的船舶中心坐标和实际首向角，并获取目标路径上初始路径点的坐标；再以船舶中心坐标为原点建立运动坐标系，并在运动坐标系下获取当前时刻欠驱动船舶的横向速度和纵向速度，根据横向速度和纵向速度计算出当前时刻的船舶合速度；跟踪误差及期望首向角计算步骤：根据初始路径点的坐标计算出初始时刻的下一时刻与船舶实际位置相对应的目标路径上的路径点坐标，进而计算出所有时刻与船舶实际位置相对应的目标路径上的路径点坐标，再根据所有时刻中当前时刻某个路径点坐标计算出路径切向角，根据路径切向角、该路径点的坐标以及船舶中心坐标计算出当前时刻船舶与目标路径之间的横向跟踪误差和纵向跟踪误差；根据横向跟踪误差、纵向跟踪误差和船舶合速度，采用改进漂角观测器计算出漂角估计值，根据漂角估计值、路径切向角和横向跟踪误差并采用积分视线制导律计算出当前时刻船舶的期望首向角；信号计算步骤：基于期望首向角并利用跟踪微分器的跟踪速度因子和滤波因子计算出期望首向角的过渡信号和过渡信号的微分信号；估计值计算步骤：通过改进线性扩张状态观测器的预设频率参数和预设控制周期计算出改进线性扩张状态观测器的频率，并根据改进线性扩张状态观测器误差矩阵得到特征多项式，根据特征多项式和频率计算出改进线性扩张状态观测器的第一可调增益值、第二可调增益值以及第三可调增益值；再基于实际首向角和第一可调增益值计算出当前时刻首向角估计值的导数，基于实际首向角、实际舵角和第二可调增益值计算出当前时刻转首角速度估计值的导数，基于实际首向角和第三可调增益值计算出当前时刻扰动项估计值的导数，并分别对当前时刻的首向角估计值的导数、转首角速度估计值的导数以及扰动项估计值的导数进行积分运算得到当前时刻下首向角估计值、转首角速度估计值和扰动项估计值；路径跟踪步骤：基于期望首向角的过渡信号、过渡信号的微分信号、首向角估计值、转首角速度估计值以及扰动项估计值，并采用非线性状态误差反馈控制器计算出基于自抗扰首向控制的当前时刻船舶的期望舵角，进而实现欠驱动船舶的路径跟踪。

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