【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无人水面艇编队控制方法，具体涉及一种考虑位置向量事件触发机制、未知环境扰动补偿的六自由度无人水面艇的事件触发时变编队控制方法。
技术介绍
1、无人艇作为近几年快速发展的军用装备，受到越来越多的关注。国内外多个国家已经有了一定的技术储备，并在积极探索无人艇在现代战争中的作战样式。在无人艇作战过程中，多无人艇的编队形式需要实时改变，以避免敌方预判到己方阵型，从而进行有效打击。因此，对多无人水面艇的时变编队控制问题进行研究是重要且必要的。
2、现有的多无人水面艇时变编队控制方法大多针对的是三自由度运动学和动力学模型(z.peng,n.gu,y.zhang,y.liu,d.wang,and l.liu,"path-guided time-varyingformation control with collision avoidance and connectivity preservation ofunder-actuated autonomous surface vehicles subject to unknown input gains,"ocean engineering,vol.191,pp.106501,2019.)，而在实际海面的运动过程中，无人水面艇的运动特征为六自由度，三自由度运动学和动力学模型难以精准描述无人水面艇的运动特征，为提升作战场景中多水面无人艇的控制精度，多无人水面艇的六自由度时变编队控制方法具有重要的理论意义和应用价值。
3、此外，由于通信资源和通信物理元器件的限制，
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提出一种六自由度无人水面艇的事件触发时变编队控制方法，具体包括下列步骤：
2、步骤1：考虑n艘无人水面艇系统，分别针对地球和第i艘无人水面艇建立对地坐标系和船体坐标系，得到六自由度无人水面艇的运动学和动力学模型如下：
3、
4、式中：为无人水面艇的对地坐标系的位置坐标和船体坐标系的欧拉角向量组成的复合向量，下角标i表示第i艘无人水面艇，上角标t表示矩阵的转置，是无人水面艇相对于对地坐标系的位置坐标，xi,yi,zi分别表示当前无人水面艇的船体坐标系原点相对于对地坐标系的x轴、y轴和z轴坐标，φi＝[φi,θi,ψi]t是无人水面艇相对于对地坐标系的欧拉角向量，φi,θi,ψi分别代表横摇角、纵摇角和艏摇角，为无人水面艇船体坐标系下的线速度向量和欧拉角向量组成的复合向量，υi＝[ui,vi,wi]t是无人水面艇船体坐标系的线速度向量，ui,vi,wi分别代表横荡、纵荡和垂荡速度，是无人水面艇船体坐标系的角速度向量，pi,qi,ri分别代表横摇、纵摇和艏摇角速度，为νi的一阶导数，ξie是由环境产生的未知扰动向量，ξi是输入向量，h(φi)表示系统欧拉旋转矩阵，ai是系统惯性矩阵，fi(νi)表示科里奥利亚向心矩阵，gi(νi)是阻尼矩阵，hi(μi)表示引力和浮力矢量；
5、设置参数化海面路径μr＝[xr,yr,zr]t和期望角度φr＝[φr,θr,ψr]t，xr,yr表示任务需求的海面路径，zr是无人水面艇的期望垂荡位移，φr,θr,ψr分别表示期望的横摇、纵摇和艏摇角度；
6、步骤2：事件触发机制设计为
7、
8、式中，δi,γd和qi是可调整的常数，是分布式状态估计滤波的状态信号，μi.d是分布式期望路径滤波的状态信号，表示第i个水面无人艇的事件触发时刻；所设计的事件触发机制满足时，才会对μi,和μi,d信号进行更新，否则实际控制器只会获得和信号；
9、步骤3：分别定义时变编队误差向量zi1以及时变观测编队误差向量为
10、
11、式中，ni-是除了当前无人水面艇，其他无人水面艇所组成的集合，aij表示无人水面艇间邻接矩阵的权值，aij＝1表示无人水面艇i和无人水面艇j间有连接关系，否则代表无通讯关系；bi代表无人水面艇与参数化海面路径之间的连接关系,ιi代表第i个无人水面艇与参数化海面路径μr的时变相对位置；
12、定义事件触发时变编队误差向量以及事件触发时变观测编队误差为
13、
14、步骤4：设计分布式状态估计滤波和海面期望路径逼近向量μi.d的自适应律如下：
15、
16、式中，c是待设计的正参数；
17、步骤5：设计反步递推误差面和运动学制导律αi为
18、
19、步骤6：径向基函数神经网络和未知扰动补偿信号的自适应律设计为：
20、
21、式中，γiθ和γie是可调整的正参数，是径向基函数神经网络的径向基函数，是径向基神经网络未知理想权重的估计值，是未知外界扰动的补偿项；
22、步骤7：设计实际输入信号ξi为
23、
24、式中，ci2是可调整的参数。
25、本专利技术提出的分布式事件触发控制方案不仅能够减少多无人水面艇之间位置信息交互频次，而且能够保证未知动力学和外界扰动下六自由度多无人水面艇的协同编队控制性能。综上所述，针对具有未知动力学和外界扰动的六自由无人水面艇，设计基于多无人水面艇的位置信息设计事件触发机制，提出一种事件触发时变编队控制方法，使得无人水面艇能够在接受到相邻无人水面艇的离散位置信息的同时，仍能够以相对时变编队位置进行航行，提升无人水面艇系统的通讯信息利用率的同时，保证无人水面艇系统在实际运行中的控制精度和编队性能。
26、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
27、(1)对于六自由度无人水面艇系统，步骤2通过设计位置事件触发机制，使得无人水面艇在时变编队控制过程中，不再需要实时获取相邻无人水面艇的位置信息，从而减少各个无人水面艇的交互频率。
28、(2)本专利技术在控制设计中利用相邻无人水面艇的离散位置信息，步骤4分别设计分布式状态估计滤波和期望路径信本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种六自由度无人水面艇的事件触发时变编队控制方法，其特征在于，具体包括下列步骤：
【技术特征摘要】
1.一种六自由度无人水面艇的事件触发时变编...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕茂隆，苑港硕，沈堤，万路军，王宁，余付平，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：
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