一种分布式无人艇编队的有限时间容错控制方法与流程

技术特征：
1.一种分布式无人艇编队的有限时间容错控制方法，其特征在于，所述有限时间容错控制方法包括以下步骤：步骤1：基于外部干扰和执行器故障建立无人艇编队动力学模型，并确定控制目标；步骤2：基于步骤1的无人艇编队动力学模型，建立滤波补偿机制虚拟速度控制指令；步骤3：基于步骤2的虚拟速度控制指令，建立有限时间容错控制器；步骤4：基于步骤3的有限时间容错控制器，验证无人艇编队系统闭环控制的稳定性和鲁棒性。2.根据权利要求1所述一种分布式无人艇编队的有限时间容错控制方法，其特征在于，所述步骤1具体为，假设无人艇编队系统中存在相同的n个成员，其中，针对第i个无人艇建立如下动力学模型：其中，η
i
＝[x
i
,y
i
,ψ
i
]
t
表示无人艇在地心坐标系下的位置和偏航角；v
i
＝[u
i
,v
i
,r
i
]
t
表示在本体坐标系下的线速度和角速度；m
i
是系统的惯性矩阵；c
i
(v
i
)表示科里奥利力和向心力的集合；d
i
(v
i
)表示无人艇的水动力特性；g
i
＝[g
iu
,g
iv
,g
ir
]
t
是未建模的系统动态；τ
wi
＝[τ
wiu
,τ
wiv
,τ
wir
]
t
和τ
i
＝[τ
iu
,τ
iv
,τ
ir
]
t
分别代表着外部干扰力矩和控制力矩；δ
i
＝diag{δ
i1
,δ
i2
,δ
i3
}描述执行器发生故障时的失效系数；r(ψ
i
)是坐标转换矩阵，定义为：并同时定义如下误差变量：其中，δ
i
＝r(ψ
i
‑
ψ
0i
)l
i
表示在地球坐标系下的编队成员的期望队形；α
i1
为虚拟控制指令，是α
i1
通过低通滤波器后的输出。3.根据权利要求2所述一种分布式无人艇编队的有限时间容错控制方法，其特征在于，得到控制目标：实现式中，0＜t0＜∞代表收敛时间，0＜ο＜∞代表和收敛域。4.根据权利要求1所述一种分布式无人艇编队的有限时间容错控制方法，其特征在于，所述步骤2具体为，所述无人艇编队的虚拟速度控制指令a1如下：
其中，k1＞0，χ为滤波补偿信号，主要作用是对虚拟信号通过低通滤波器后的滤波误差进行补偿；r0为r(ψ
i
)的缩写；jcn为自定义函数，表示为z为z＝[z1,z2,...,z
n
]
t
；i为单位矩阵；α为控制参数；k1为控制参数；k2为控制参数；可表示为：其中h(χ)为：5.根据权利要求1所述一种分布式无人艇编队的有限时间容错控制方法，其特征在于，所述步骤3具体为，未知动力学参数：令f＝w
t
φ ε；其中，w＝[w1,w2,...,w
m
]
t
为权重矩阵；φ为高斯基函数；ε为逼近误差；d为干扰上界；c为无人艇水动力函数；为滤波器的输出；为了减小运算负担，采用如下最小参数学习法进行放缩处理：||f
i
||＝||w
it
φ
i
ε
i
||≤||w
i
|||φ
i
|| ||ε
i
||≤μ
i
φ
i
ε
i0
式中存在关系：||w
i
||≤μ
i
，||ε
i
||≤ε
i0
＜∞和φ
i
＝||φ
i
||；基于上述分析，设计出如下有限时间自适应容错控制器：τ
i
＝
‑
(τ
1i
τ
2i
))其中，τ为控制律，k
j
(j＝5,6,7,8,9)和b
ni
(n＝1,2,3)是正常数且为了减少抖振带来的负面影响，和相应的自适应率设计如下，用来补偿未知参数、干扰和参数漂移带来的影响：
估计误差项和有如下定义：有如下定义：有如下定义：其中，第i个对象的未知参数估计误差，为第i个对象的神经网络参数估计误差，为第i个对象的执行机构失效故障估计误差。6.根据权利要求1所述一种分布式无人艇编队的有限时间容错控制方法，其特征在于，所述步骤4验证无人艇编队系统闭环控制的稳定性和鲁棒性具体为，选取如下李雅普诺夫方程：方程：方程：其中v1为李亚普诺夫函数，v2为辅助变量，v3为辅助变量，m为无人艇的转动惯量，为神经网络参数上界，为故障参数上界，为未知参数上界；通过上述函数验证可知，编队系统能在有限时间内完成轨迹跟踪和队形保持任务。

技术总结
本发明公开了一种分布式无人艇编队的有限时间容错控制方法。步骤1：基于外部干扰和执行器故障建立无人艇编队动力学模型，并确定控制目标；步骤2：基于步骤1的无人艇编队动力学模型，建立滤波补偿机制虚拟速度控制指令；步骤3：基于步骤2的虚拟速度控制指令，建立有限时间容错控制器；步骤4：基于步骤3的有限时间容错控制器，验证无人艇编队系统闭环控制的稳定性和鲁棒性。本发明为了实现无人艇编队的协同控制问题。同控制问题。同控制问题。


技术研发人员：张磊 黄子玚 黄兵 朱骋 周彬 庄佳园 刘涛 沈海龙 苏玉民
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2021.09.08
技术公布日：2021/12/3