一种数据丢失情况下无人水面航行器的航向控制方法

本发明涉及无人水面航行器控制，尤其是指一种数据丢失情况下无人水面航行器的航向控制方法。

背景技术：

1、无人水面航行器(usv)是一种设计用于在水上执行任务的海上平台，近年来引起人们广泛的关注，并在海上领土监视、海洋资源开发等领域得到了应用。usv结构复杂且易受环境因素的影响，因而难以建立精确的数学模型。mfac是一种在线数据驱动控制方法，其中控制器的设计不明确地依赖于受控系统的数学模型信息。滑模控制是一种广泛使用的非线性控制方法，有助于在不确定参数和外部扰动下进行鲁棒系统控制。尽管人们已经将mfac(无模型自适应控制)和滑模控制等方法用于现实中的很多运动控制问题，但如何实现资源高效控制仍然值得考虑。此外，在复杂的网络环境中，网络拥塞、设备故障和信号干扰等挑战经常出现，导致传输过程中的数据丢失。因此，开发一种数据丢失情况下的usv航向控制的方法已成为一个重要研究方向。另一方面，航向控制方法需要考虑通信资源的利用，需要减少通信次数和能耗。

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，对无人水面航行器控制不够高效、且存在网络拥塞导致数据丢失的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种数据丢失情况下无人水面航行器的航向控制方法，包括：

3、步骤s1：构建具有输出补偿的无模型滑模控制器，其中，所述输出补偿通过事件触发机制确定；

4、步骤s2：通过所述具有输出补偿的无模型滑模控制器实现对无人水面航行器进行航向控制。

5、在本发明的一个实施例中，所述步骤s1中构建具有输出补偿的无模型滑模控制器，公式为：

6、

7、其中，λ为一个常数，β为一个大于0的常数，yd(k+1)为期望的输出，k为时刻，y2(k)为输出补偿，为伪偏导数。

8、在本发明的一个实施例中，所述伪偏导数表示为：

9、

10、其中，α∈(0,1]，θ＞0，δu(k-1)为u(k-1)-u(k-2)；

11、所述伪偏导数的重置机制公式为：

12、

13、其中，为正数，是的初值，sign()为符号函数。

14、在本发明的一个实施例中，所述步骤s1中的输出补偿通过事件触发机制确定，方法包括：

15、定义事件触发误差；

16、根据所述事件触发误差定义事件触发条件；

17、根据所述事件触发条件设计输出补偿，通过所述输出补偿对滑模控制器进行补偿。

18、在本发明的一个实施例中，所述事件触发误差的公式为：

19、e1(k)＝y1(k)-y(k)

20、其中，y1(k)为最后一个成功传输到控制器的数据，y(k)为k时刻传输来的输出数据；

21、所述事件触发条件的公式为：

22、

23、其中，是事件触发的阈值，

24、所述输出补偿的公式为：

25、

26、其中，作为传输失败的输出补偿。

27、在本发明的一个实施例中，根据所述传输失败的输出补偿，将所述输出补偿的公式改写为：

28、

29、其中，p(k)＝0表示没有满足事件触发条件，p(k)＝1表示满足事件触发条件，q(k)＝0表示无人水面航行器输出传输失败，q(k)＝1表示无人水面航行器输出传输成功。

30、在本发明的一个实施例中，所述步骤s1中构建具有输出补偿的无模型滑模控制器之后，还包括无模型滑模控制器通过通信网络向执行器发送控制输入信号，所述执行器用于根据接收到的控制输入信号实现对无人水面航行器的航向进行控制，若所述执行器在时间k时刻接收到无模型滑模控制器的控制输入信号u(k)，则记k＝gd，其中gd∈z+，d＝1,2,...；

31、对于数据丢失时刻k∈(gd,gd+1)的控制输入数据丢失，则进行输入补偿，公式为：

32、u(k)＝u(gd+b)＝u(gd+b-1)+μbδu(gd)

33、其中，μ∈(0,1]是补偿系数，b∈z+。

34、为解决上述技术问题，本发明提供了一种数据丢失情况下无人水面航行器的航向控制系统，包括：

35、构建模块：用于构建具有输出补偿的无模型滑模控制器，其中，所述输出补偿通过事件触发机制确定；

36、航向模块：用于通过所述具有输出补偿的无模型滑模控制器实现对无人水面航行器进行航向控制。

37、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数据丢失情况下无人水面航行器的航向控制方法的步骤。

38、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，实现如上述数据丢失情况下无人水面航行器的航向控制方法的步骤。

39、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

40、本发明所述的数据丢失情况下无人水面航行器的航向控制方法，设计了无模型滑模控制器，通过该无模型滑模控制器能够有效控制无人水面航行器的航向；并且本发明能够对控制器进行输出补偿，对执行器进行输入补偿，通过输出补偿和输入补偿可以有效减少数据丢失的不利影响；

41、本发明事件触发通信机制可以决定在控制无人水面航行器时，将采集到的无人水面航行器数据什么时候传输至控制器，节约通信次数，有效解决通信资源问题；

42、本发明的具有更高的航向控制精度，可以广泛应用在实际中。

技术特征：

1.一种数据丢失情况下无人水面航行器的航向控制方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的数据丢失情况下无人水面航行器的航向控制方法，其特征在于：所述步骤s1中构建具有输出补偿的无模型滑模控制器，

3.根据权利要求2所述的数据丢失情况下无人水面航行器的航向控制方法，其特征在于：所述伪偏导数表示为：

4.根据权利要求2所述的数据丢失情况下无人水面航行器的航向控制方法，其特征在于：所述步骤s1中的输出补偿通过事件触发机制确定，方法包括：

5.根据权利要求6所述的数据丢失情况下无人水面航行器的航向控制方法，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的数据丢失情况下无人水面航行器的航向控制方法，其特征在于：根据所述传输失败的输出补偿，将所述输出补偿的公式改写为：

7.根据权利要求1所述的数据丢失情况下无人水面航行器的航向控制方法，其特征在于：所述步骤s1中构建具有输出补偿的无模型滑模控制器之后，还包括无模型滑模控制器通过通信网络向执行器发送控制输入信号，所述执行器用于根据接收到的控制输入信号实现对无人水面航行器的航向进行控制，若所述执行器在时间k时刻接收到无模型滑模控制器的控制输入信号u(k)，则记k＝gd，其中gd∈z+，d＝1,2,...；

8.一种数据丢失情况下无人水面航行器的航向控制系统，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中任一项所述数据丢失情况下无人水面航行器的航向控制方法的步骤。

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中任一项所述数据丢失情况下无人水面航行器的航向控制方法的步骤。

技术总结本发明涉及一种数据丢失情况下无人水面航行器的航向控制方法，包括：包括：步骤S1：构建具有输出补偿的无模型滑模控制器，其中，所述输出补偿通过事件触发机制确定；步骤S2：通过所述具有输出补偿的无模型滑模控制器实现对无人水面航行器进行航向控制。本发明对无人水面航行器控制高效精准、且解决了网络拥塞导致数据丢失的问题，有效节约了通信资源。技术研发人员：赵华荣,彭力,谢林柏,陈禹彤,陈宸受保护的技术使用者：江南大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15