一种无人艇动态定位控制方法技术

本发明专利技术提供一种无人艇动态定位控制方法，包括：步骤1、在一定条件的海洋环境下，设置无人艇位置参数。步骤2、通过环境力估算方法计算出实时外界环境力。通过环境力计算方法计算环境力步骤3、通过最优艏向控制方法计算最优艏向并更新实时无人艇动态信息根据实时环境干扰力作用下的船舶侧推力是否为零的环境最优艏向的控制策略，求解最优艏向位置并更新无人艇信息。步骤4、采用非线性模型预测控制器的无人艇动态定位控制，本发明专利技术是可以准确进行无人艇动态定位控制，从而保证其可以使船舶运动控制器不必调整控制算法参数，而使船舶保持运动精度的控制方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无人艇动态定位控制领域，具体涉及无人艇动态定位控制方法。
技术介绍
无人艇是一种能够自主规划、自主航行并且可以采用自主方式或人工干预的方式完成环境信息感知、目标探测等各项任务的小型水面舰艇。随着人们对无人艇重视程度的提高，无人艇在海洋中的运动控制越来越重要。海洋环境变化多端，运动过程中需要无人艇要抵抗不同的环境外力，而海洋中的环境外力具有多变性的特点。鉴于无人艇的重要性，我国也进行了自主智能水面无人艇的研究。因此，有必要对在不断变化的海洋环境力的作用下的无人艇的稳定动态运动控制需要进行深入的研究。本方法是一种无人艇动态定位控制方法，采用了基于实时环境估计的无人艇最优艏向控制方法，并采用非线性模型预测算法设计动态定位控制器。目前国内外文献中，未出现过采用本方法的无人动态定位控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多变的海洋环境下可以准确进行无人艇动态定位控制，从而保证其可以使无人艇运动控制器不必调整控制算法参数，而使无人艇保持运动精度的控制方法。本专利技术的目的是这样实现的：步骤一：设置无人艇位置参数；步骤二：根据环境估计算法对环境干扰进行估计：令为环境干扰对无人艇的作用的估计，分别为外界环境力对无人艇的纵向作用力、横向作用力和艏摇力矩，且： τ ^ e n v ( t ) = β + K 0 M v ]]>式中：K0是一个设定的正定对称常矩阵，β是一个中间辅助变量，M是包含附加质量的系统惯性矩阵，v是无人艇运行速度，且β满足：其中：D(v)是系数阻尼矩阵，τ是无人艇推进系统的力和力矩矢量,μ是流体记忆效应；定义环境作用的估计偏差为： τ ~ e n v = τ e n v - τ ^ e n v ]]>式中：τenv对应实际的环境干扰对无人艇的作用，对应估计出的环境干扰对无人艇的作用；步骤三：通过最优艏向控制方法计算环境最优艏向并更新实时无人艇动态信息：步骤四：通过非线性模型预测控制器进行无人艇动态定位控制，无人艇目标位置为(xd,yd)，并要求无人艇时刻保持环境最优艏向ψ＝ψopt，即无人艇的目标位置姿态为η＝[xd,yd,ψopt]T。且有：步骤三中的环境最优艏向ψopt为： ψ o p t = ψ + a c t a n 2 ( τ ^ e n v Y , τ ^ e n v X ) - s i g n ( τ ^ e n v Y ) * π ]]>式中：ψ为无人艇当前艏向，表示外界环境作用到无人艇上的横向力的正负号。步骤四中的非线性模型预测控制器的指标函数为： J = 1 2 λ 1 [ y ^ ( t + T ) - y ^ d ( t + T ) ] T [ y ^ ( t + T ) - y ^ d ( t + T ) ] 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人艇动态定位控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：设置无人艇位置参数；步骤二：根据环境估计算法对环境干扰进行估计：令为环境干扰对无人艇的作用的估计，分别为外界环境力对无人艇的纵向作用力、横向作用力和艏摇力矩，且：τ^env(t)=β+K0Mν]]>式中：K0是一个设定的正定对称常矩阵，β是一个中间辅助变量，M是包含附加质量的系统惯性矩阵，v是无人艇运行速度，且β满足：其中：D(v)是系数阻尼矩阵，τ是无人艇推进系统的力和力矩矢量,μ是流体记忆效应；定义环境作用的估计偏差为：τ~env=τenv-τ^env]]>式中：τenv对应实际的环境干扰对无人艇的作用，对应估计出的环境干扰对无人艇的作用；步骤三：通过最优艏向控制方法计算环境最优艏向并更新实时无人艇动态信息：步骤四：通过非线性模型预测控制器进行无人艇动态定位控制，无人艇目标位置为(xd,yd)，并要求无人艇时刻保持环境最优艏向ψ＝ψopt，即无人艇的目标位置姿态为η＝[xd,yd,ψopt]T。

【技术特征摘要】
1.一种无人艇动态定位控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：设置无人艇位置参数；步骤二：根据环境估计算法对环境干扰进行估计：令为环境干扰对无人艇的作用的估计，分别为外界环境力对无人艇的纵向作用力、横向作用力和艏摇力矩，且： τ ^ e n v ( t ) = β + K 0 M ν ]]>式中：K0是一个设定的正定对称常矩阵，β是一个中间辅助变量，M是包含附加质量的系统惯性矩阵，v是无人艇运行速度，且β满足：其中：D(v)是系数阻尼矩阵，τ是无人艇推进系统的力和力矩矢量,μ是流体记忆效应；定义环境作用的估计偏差为： τ ~ e n v = τ e n v - τ ^ e n v ]]>式中：τenv对应实际的环境干扰对无人艇的作用，对应估计出的环境干扰对无人艇的作用；步骤三：通过最优艏向控制方法计算环境最优艏向并更新实时无人艇动态信息：步骤四：通过非线性模型预测控制器进行无人艇动态定位控制，无人艇目标位置为(xd,yd)，并要求无人艇时刻保持环境最优艏向ψ＝ψopt，即无人艇的目标位置姿态为η＝[xd,yd,ψopt]T。2.根据权利要求1所述的一种无人艇动态定位控制方法，其特征在于：步骤三中的环境最优艏向ψopt为： ψ o p t = ψ + a c t a n 2 ( τ ^ e n v Y , τ ^ e n v X ) - s i g n ( τ ^ e n v Y ) * π ]]>式中：ψ为无人艇当前艏向，表示外界环境作用到无人艇上的横向力的正负号。3.根据权利要求2所述的一种无人艇动态定位控制方法，其特征在于：步骤四中的非线性模型预测控制器的指标函数J为： J = 1 2 λ 1 [ y ^ ( t + T ) - y ^ d ( t + T ) ] T [ y ^ ( t + T ) - y ^ d ( t + T ) ] + 1 2 ∫ 0 T [ λ 2 ( y ^ ( t + T ) - y ^ d ( t + T ) ) T ( y ^ ( t + T ) - y ^ d ( t + T ) ) + λ 3 u ^ T ( t + ζ ) u ^ ( t + ζ ) ] d ζ = 1 2 λ 1 e ^ ( t + T ) T e ^ ( t + T ) + 1 2 ∫ 0 T [ λ 2 e ^ ( t + T ) T e ^ ( t + T ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王元慧，张博，丁福光，王成龙，王莎莎，张放，赵亮博，包澄澄，沈佳颖，葛然，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23