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专利号: 2021108295538
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-11-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于侧滑补偿ILOS制导律的无人艇路径跟踪方法,其特征在于该方法包括以下步骤:步骤1:建立无人艇三自由度运动数学模型:

1)采用附体坐标系和惯性坐标系来描述无人艇在实际环境的运动状态;

2)选取附体坐标系中的纵荡、横荡和艏摇三自由度分别表示无人艇纵向位移x和纵向速度u、横向位移y和横向速度v、艏向角ψ和艏摇角速度r;

步骤2:根据无人艇三自由度运动数学模型,计算路径跟踪误差:

1)获取无人艇的当前位置信息和预先设定的参考路径信息;

2)以附体坐标系的原点在参考路径上的投影点作为原点,建立切线坐标系;

3)借助步骤1中的坐标系以及2)中的切线坐标系,计算路径跟踪误差;

步骤3:根据路径跟踪误差和传统LOS制导律,设计带滤波的扩张状态观测器(FESO)来估计时变的侧滑角:

1)根据路径跟踪误差以及传统LOS制导律,计算出航向角与侧滑角的关系、航向角与横向路径跟踪误差和前瞻距离的关系;

2)分析横向路径跟踪误差与前瞻距离的关系,设计基于时变的前瞻距离;

3)根据横向路径跟踪误差、侧滑角和航向角,引入对横向路径跟踪误差的滤波,设计带滤波的扩张状态观测器,实现对侧滑角自适应估计;

步骤4:根据估计的侧滑角以及时变的前瞻距离,设计侧滑补偿的改进ILOS制导律:

1)根据步骤3中时变的前瞻距离,替换原来定长的前瞻距离;

2)根据步骤3中估计的侧滑角,加入到ILOS制导律中,从而实现对外界干扰的精确补偿;

步骤5:根据侧滑补偿的改进ILOS制导律,设计基于自整定的PID的艏向控制器:其中,K

采用改进遗传算法对PID的艏向控制器中的Kf=∫

其中y

2.根据权利要求1所述的基于侧滑补偿ILOS制导律的无人艇路径跟踪方法,其特征在于:步骤1中:无人艇的三自由度运动数学模型为:其中,η=[x y ψ]

3.根据权利要求1所述的基于侧滑补偿ILOS制导律的无人艇路径跟踪方法,其特征在于:步骤2中:对当前无人艇的位置信息以及预先设定的参考路径进行坐标转换,获得无人艇路径跟踪误差;设无人艇的位置p(x,y)在预先设定的参考路径上面的投影为(x

1)获取无人艇的当前位置信息和预先设定的参考路径信息;

2)以附体坐标系的原点在参考路径上的投影点(x其中,

3)根据附体坐标系与转换角度,计算得到路径跟踪误差;

由于点(x

4.根据权利要求1所述的基于侧滑补偿ILOS制导律的无人艇路径跟踪方法,其特征在于:步骤3中:

1)由传统的LOS制导律的原理可知:Δ指的是前瞻距离,期望的航向角χ通过将横向路径跟踪误差对时间微分,得到:其中,

2)将前瞻距离设计为:

其中,Δ

3)为了精确地估计时变侧滑角,设计带滤波的扩张状态观测器:上式中的y

其中,ε和δ均为大于0的正数,且ε小于1,即0<ε<1带滤波的扩张状态观测器对外界干扰产生的无人艇侧滑角进行精确估计,侧滑角估计值带滤波的扩张状态观测器改写为:其中,

5.根据权利要求1所述的基于侧滑补偿ILOS制导律的无人艇路径跟踪方法,其特征在于:步骤4中的带有侧滑补偿的改进ILOS制导律为: