一种无人水面航行器组一致性追踪控制方法和系统

本发明涉及无人水面航行器控制，尤其是指一种无人水面航行器组一致性追踪控制方法和系统。

背景技术：

1、无人水面航行器(无需操作员的水面舰艇)因其操作灵活性、良好的隐蔽性、低运营成本和高安全性等优势，已经广泛应用于商船、海军和科学应用领域。由多个无人水面航行器组成的无人水面航行器组的协作控制，特别一致性协作控制，是无人水面航行器的重要研究领域。而目前对无人水面航行器组的一致性方法研究，大多基于对无人水面航行器动力学模型具有准确认知的假设，但忽略了无人水面航行器动力学的非线性、不确定性和时变性。

2、尽管目前已经存在一些有用的无人水面航行器协作任务执行的事件触发方法，但它们都假定无人水面航行器的动力学模型是可用且准确的，并且现有技术中无人水面航行器的通信资源无法得到保障。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中假定无人水面航行器的动力学模型是可用且准确、以及无人水面航行器的通信资源有限的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种无人水面航行器组一致性追踪控制方法，包括：

3、步骤s1：将多个无人水面航行器作为多智能体系统，根据所述多智能体系统建立多智能体系统输入输出模型；

4、步骤s2：根据无人水面航行器的航向角、角速度、舵角建立航向控制子系统模型；

5、步骤s3：在所述航向控制子系统模型的通信中引入动态事件触发机制；

6、步骤s4：结合所述多智能体系统输入输出模型、所述航向控制子模型、以及所述动态事件触发机制，建立差分型动态事件触发的无模型自适应控制器；

7、步骤s5：根据所述差分型动态事件触发的无模型自适应控制器对所述多智能体系统进行一致性追踪控制。

8、在本发明的一个实施例中，所述步骤s1中将多个无人水面航行器作为多智能体系统，根据所述多智能体系统建立多智能体系统输入输出模型，方法包括：

9、将多个无人水面航行器作为多智能体系统，所述多智能体系统包括多个智能体i，构建智能体i的输入和输出并作为多智能体系统输入输出模型，公式为：

10、

11、其中，ui(k)和yi(k)分别是智能体i的输入和输出，而nu和ny分别是输入和输出未知阶数，fi(·)是一个未知的非线性函数。

12、在本发明的一个实施例中，公式(1)满足第一条件和第二条件，其中，

13、所述第一条件为：的值存在并连续；

14、所述第二条件为：若δui(k)＝ui(k)-ui(k-1)≠0并且δyi(k+1)＝yi(k+1)-yi(k)，存在一个常量ru∈r+满足|δyi(k+1)|≤ru|δui(k)|。

15、在本发明的一个实施例中，对于满足所述第一条件和第二条件的公式(1)，存在一个伪偏导数的时变变量∣φi(k)∣≤rφ，rφ∈r+，其满足：

16、δyi(k+1)＝φi(k)δui(k)  (2)。

17、在本发明的一个实施例中，所述步骤s2中根据无人水面航行器的航向角、角速度、舵角建立航向控制子系统模型，公式为：

18、

19、其中，θi(k)、ri(k)、δi(k)分别是航向角、角速度、舵角，将航向角θi(k)作为输出yi(k)，将舵角δi(k)作为输入ui(k)，ts表示采样周期，t和k是未知的操纵系数。

20、在本发明的一个实施例中，所述步骤s3中的动态事件触发机制公式为：

21、ki+1＝inf{k∈z|k>ki,γi(k)<0}  (4)

22、其中，inf{}表示满足{}中条件的最小整数，ki表示最近的触发时刻，ki+1为下一个触发瞬间；其中v、w是第一正常数和第二正常数，ξi(k)表示k时刻，智能体i的组合测量误差，ξi(ki)表示ki时刻，智能体i的组合测量误差，是动态变量，定义为是一个常量且

23、在本发明的一个实施例中，所述步骤s4中结合所述多智能体系统输入输出模型、所述航向控制子模型、所述动态事件触发机制，建立差分型动态事件触发的无模型自适应控制器，公式为：

24、

25、

26、若或|δui(k-1)|≤ε或

27、其中，0<η<1,μ>0,kr>0,ε＝10-3；qi(k)是事件触发的指标，如果事件被触发，则qi(k)＝1；否则qi(k)＝0。

28、为解决上述技术问题，本发明提供了一种无人水面航行器组一致性追踪控制系统，包括：

29、第一构建模块：用于将多个无人水面航行器作为多智能体系统，根据所述多智能体系统建立多智能体系统输入输出模型；

30、第二构建模块：用于根据无人水面航行器的航向角、角速度、舵角建立航向控制子系统模型；

31、引入模块：用于在所述航向控制子系统模型的通信中引入动态事件触发机制；

32、第三构建模块：用于结合所述多智能体系统输入输出模型、所述航向控制子模型、以及所述动态事件触发机制，建立差分型动态事件触发的无模型自适应控制器；

33、追踪控制模块：根据所述差分型动态事件触发的无模型自适应控制器对所述多智能体系统进行一致性追踪控制。

34、为解决上述技术问题，本发明提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述无人水面航行器组一致性追踪控制方法的步骤。

35、为解决上述技术问题，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述无人水面航行器组一致性追踪控制方法的步骤。

36、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

37、本发明有效解决无人水面航行器通信资源有限和无人水面航行器动力学模型未知的问题，以实现动态事件触发的无模型自适应航向一致性跟踪任务；

38、本发明仅使用被控系统的输入和输出数据，建立了一个紧格式动态线性化模型(紧格式动态线性化模型是由多智能体系统的输入输出模型通过伪偏导技术获得)；本发明设计了一个动态事件触发机制，进一步降低了通信资源的使用；本发明设计了一种差分型动态事件触发的无模型自适应控制器，实现航向一致性追踪控制方法，解除了输入和输出增益之间必须单调递增或递减的要求；

39、本发明的方法简单实用，易于在实际中大规模推广。

技术特征：

1.一种无人水面航行器组一致性追踪控制方法，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的无人水面航行器组一致性追踪控制方法，其特征在于：所述步骤s1中将多个无人水面航行器作为多智能体系统，根据所述多智能体系统建立多智能体系统输入输出模型，方法包括：

3.根据权利要求2所述的无人水面航行器组一致性追踪控制方法，其特征在于：公式(1)满足第一条件和第二条件，其中，

4.根据权利要求3所述的无人水面航行器组一致性追踪控制方法，其特征在于：对于满足所述第一条件和第二条件的公式(1)，存在一个伪偏导数的时变变量∣φi(k)∣≤rφ，rφ∈r+，得到所述多智能体系统输入输出模型的紧格式动态线性化模型，公式为：

5.根据权利要求4所述的无人水面航行器组一致性追踪控制方法，其特征在于：所述步骤s2中根据无人水面航行器的航向角、角速度、舵角建立航向控制子系统模型，公式为：

6.根据权利要求5所述的无人水面航行器组一致性追踪控制方法，其特征在于：所述步骤s3中的动态事件触发机制公式为：

7.根据权利要求6所述的无人水面航行器组一致性追踪控制方法，其特征在于：所述步骤s4中结合所述多智能体系统输入输出模型、所述航向控制子模型、所述动态事件触发机制，建立差分型动态事件触发的无模型自适应控制器，公式为：

8.一种无人水面航行器组一致性追踪控制系统，其特征在于：包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任一项所述无人水面航行器组一致性追踪控制方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至7中任一项所述无人水面航行器组一致性追踪控制方法的步骤。

技术总结本发明涉及一种无人水面航行器组一致性追踪控制方法和系统，方法包括：将多个无人水面航行器作为多智能体系统，根据所述多智能体系统建立多智能体系统输入输出模型；根据无人水面航行器的航向角、角速度、舵角建立航向控制子系统模型；在所述航向控制子系统模型的通信中引入动态事件触发机制；结合所述多智能体系统输入输出模型、所述航向控制子模型、以及所述动态事件触发机制，建立差分型动态事件触发的无模型自适应控制器；根据所述差分型动态事件触发的无模型自适应控制器对所述多智能体系统进行一致性追踪控制。本发明能够解决通信资源有限和无人水面航行器动力学模型未知的问题，以实现动态事件触发的无模型自适应航向一致性跟踪任务。技术研发人员：赵华荣,彭力,谢林柏,冯伟,万科鸿受保护的技术使用者：江南大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23