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申请/专利权人：广东海洋大学

摘要：本发明公开了一种预定义时间欠驱动无人艇目标包围的控制方法。本发明在引入执行器故障和输入饱和模型的同时，构造辅助动力系统来补偿输入饱和带来的影响，并估计由执行器故障、建模不确定性和外部环境扰动带来的综合不确定项，提高了控制器的适用范围和稳定性。本发明基于预定义时间理论，使得误差的收敛时间可以提前设置，并且不受系统初值的影响，进一步提高了控制器的适用范围和稳定性。

主权项：1.一种预定义时间欠驱动无人艇目标包围的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取上一时刻的无人艇运动参数，建立三自由度欠驱动无人艇的运动学和动力学模型；其中无人艇包括包围无人艇和目标无人艇，包围无人艇和目标无人艇均为欠驱动无人艇；S2、通过坐标变换对运动学和动力学模型进行解耦，得到解耦后的模型；S3、基于解耦后的模型获取包围无人艇和目标无人艇之间的相对视距角、相对距离、包围无人艇的环绕角，并设置包围无人艇的环绕角度误差和包围半径误差；S4、构建关于包围无人艇的环绕角度误差和包围半径误差的Lyapunov函数，获取预定义时间虚拟控制律；S5、通过构建预定义时间滤波器获取预定义时间虚拟控制律的滤波输出；并根据预定义时间虚拟控制律的滤波输出设置包围无人艇的纵向速度误差和艏摇角速度误差；S6、基于上一时刻的经过饱和处理的控制输入、上一时刻的原始控制输入、包围无人艇的纵向速度误差和艏摇角速度误差构建预定义时间辅助动力系统，得到预定义时间辅助动力系统的状态；S7、根据上一时刻的无人艇运动参数、当前时刻的预定义时间虚拟控制律和当前时刻的包围无人艇的纵向速度误差和艏摇角速度误差，获取综合不确定性项；S8、根据当前时刻的预定义时间虚拟控制律的滤波输出、综合不确定性项和预定义时间辅助动力系统的状态构建预定义时间控制器，并获取当前时刻对应的原始控制输入；S9、根据当前时刻对应的原始控制输入获取当前时刻对应的经过饱和处理的控制输入；在当前的经过饱和处理的控制输入中添加执行器故障参数，得到经过执行器故障和输入饱和的控制输入，即得到当前时刻的实际控制输入；步骤S6中预定义时间辅助动力系统的表达式为： 其中Λi表示预定义时间辅助动力系统的状态；为Λi的一阶导数；kΛi为大于0的常数；表示由装置老化和磨损引起的故障，当时，表明执行器处于故障状态；Δτi＝τsi-τi，τsi表示经过饱和处理的控制输入；τi表示上一时刻的原始控制输入；μ为大于0的正常数；ue为包围无人艇的纵向速度误差，re为包围无人艇的艏摇角速度误差；m11＝m-Xdu，m22＝m-Ydv，m23＝mxg-Ydr，m32＝mxg-Ydr，m33＝Iz-Ndr，m为欠驱动无人艇质量，xg代表欠驱动无人艇重心的纵向位置，Xdu代表纵向分力关于x轴方向运动的加速度系数，Ydv代表横向分力关于y轴方向运动的加速度系数，Ydr代表横向分力关于z轴方向转动的加速度系数，Ndr代表偏航力矩关于z轴方向转动的加速度系数，Iz代表欠驱动无人艇关于z轴的惯性矩；π为弧度；γ为设计的预定义时间常数，0＜γ＜1；Tp为设置的误差收敛时间，Tp＞0；sig·t＝sign·|·|t，sign·为符号函数，上标t为常数。

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