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申请/专利权人：河南科技大学

摘要：本发明公开了一种水面无人艇的跟踪控制器设计方法，包括：构建带有外部未知扰动和执行器故障的水面无人艇的动力学模型，引入固定时间预设性能函数调节水面无人艇的暂态性能和稳态性能；采用带有神经网络逼近的串并联估计模型获得预测误差调节复合参数更新律；构建扰动观测器观测复合扰动；构建两种自适应律补偿未知执行器故障；结合自触发控制机制设计基于学习预设性能弹性轨迹跟踪控制器。本发明提高了对外部未知扰动和模型不确定部分的估计精度；有效降低水面无人艇对执行器故障的敏感程度；确保在执行器故障和网络带宽受限的情况下，仍然精准地跟踪参考轨迹；并且跟踪性能指标可以根据需求调节。

主权项：1.一种水面无人艇的跟踪控制器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、构建带有外部未知扰动和执行器故障的水面无人艇的动力学模型；S2、根据动力学模型，引入固定时间预设性能函数ιit约束跟踪误差e1it，通过误差转换函数Υiηit和等式关系e1it＝ιitΥiηit，将受到固定时间预设性能函数ιit约束的跟踪误差e1it转换为不受约束的等效误差S3、根据等效误差基于自适应指令滤波反推控制方法，构建坐标变换方程，引入误差变量向量和将水面无人艇系统分解为两级子系统；S4、基于坐标变换方程，针对水面无人艇系统的第一级子系统，建立李雅普诺夫函数V1，设计虚拟控制器α1和误差补偿信号使得水面无人艇的第一级子系统趋于稳定，进而获得待设计控制器增益，通过李雅普诺夫函数V1的时间导数确认虚拟控制器α1和误差补偿信号使得水面无人艇系统的第一级子系统趋于稳定；S5、针对水面无人艇系统的第二级子系统，建立李雅普诺夫函数V2，引入自触发控制机制，设计基于学习预设性能弹性轨迹跟踪控制器κimt，采用带有神经网络逼近的串并联估计模型获得预测误差Λ2i，设计扰动观测器观测复合扰动，构建复合参数更新律自适应律和自适应律使得水面无人艇系统的第二级子系统趋于稳定，获得待设计控制器增益，通过李雅普诺夫函数V2的时间导数确认轨迹跟踪控制器κimt、扰动观测器复合参数更新律自适应律和自适应律使得水面无人艇系统的第二级子系统趋于稳定；S6、针对水面无人艇系统构建整体的李雅普诺夫函数V＝V1+V2，基于李雅普诺夫函数稳定理论，保证水面无人艇闭环系统的所有信号都是半全局最终一致有界，并且有效避免芝诺效应，实现期望的跟踪性能；步骤S1中，水面无人艇的动力学模型为： 式中：为水面无人艇在x,y平面下的位置坐标以及在固定地面坐标系的航向角为旋转矩阵，且满足u表示水面无人艇的前进速度，v表示水面无人艇的摇摆速度，r表示水面无人艇的转向角速度；其中ΔM，ΔC以及ΔD代表模型不确定部分，为惯性矩阵，且满足为科里奥利和向心项的矩阵，且满足Cν＝-CTν，为阻尼矩阵；其中为外部未知扰动，其中为水面无人艇的控制输入；水面无人艇故障模型为： 式中：和为未知故障参数，为执行器效率系数，为执行器偏执故障，为理想控制输入，为故障的持续时间间隔，bim为已知控制器增益，m为执行器的个数，j为执行器故障的模式；步骤S2中，误差转换函数γiηit为： 固定时间预设性能函数ιit为： 式中：和为固定时间预设性能函数的初始值和稳态值，为待设计的收敛时间； 和为正设计参数；步骤S3中，坐标变换方程为： 式中：和为误差变量向量， 为一阶滤波器的输出信号，一阶滤波器表示为： 式中：γi为待设计的正参数，α1i为一阶滤波器的输入信号，和表示其初始值，为滤波误差。

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