一种事件触发的无人艇集群分布式协同控制器、结构及方法

技术特征：

1.一种事件触发的无人艇集群分布式协同控制方法，其特征在于，包括：

建立无人艇集群运动模型；所述无人艇集群运动模型，包括：无人艇运动模型和通讯网络模型；

控制器对由通讯网络接收到的无人艇集群信号进行偏差处理，输出协同制导信号；

控制器根据所述协同制导信号、无人艇的速度信号及所述并行学习辨识模块输出的逼近信号和辨识信号，输出动力学控制信号；

控制器根据无人艇的速度信号、加速度信号及所述动力学控制信号，输出逼近信号和辨识信号；

控制器根据所述动力学控制信号输出非周期执行信号，当满足预设执行事件时，将所述非周期执行信号输入至无人艇，以调节无人艇执行机构的动作频率，使得无人艇与所述无人艇集群中其他无人艇的动作保持协同；

控制器根据无人艇的位置信号和速度信号输出非周期通讯信号，当满足预设通讯事件时，向通讯网络发送无人艇的动作信息。

2.一种事件触发的无人艇集群分布式协同控制器，其特征在于，包括：

协同路径跟踪制导模块、动力学控制模块、并行学习辨识模块非周期执行调节器及非周期通讯调节器；

所述协同路径跟踪制导模块，用于对接收到的无人艇集群信号进行偏差处理，输出协同制导信号；所述无人艇集群，包括：至少一艘领航无人艇、多艘跟随无人艇及通讯网络；

所述动力学控制模块，用于根据所述协同制导信号、无人艇的速度信号及所述并行学习辨识模块输出的逼近信号和辨识信号，输出动力学控制信号；

所述并行学习辨识模块，用于根据无人艇的速度信号、加速度信号及所述动力学控制信号，输出逼近信号和辨识信号；

所述非周期执行调节器，用于根据所述动力学控制信号输出非周期执行信号，当满足预设执行事件时，将所述非周期执行信号输入至无人艇，以调节无人艇执行机构的动作频率，使得无人艇与所述无人艇集群中其他无人艇的动作保持协同；

所述非周期通讯调节器，用于根据无人艇的位置信号和速度信号输出非周期通讯信号，当满足预设通讯事件时，向通讯网络发送无人艇的动作信息。

3.一种基于权利要求2所述的事件触发的无人艇集群分布式协同控制结构，其特征在于，还包括：所述协同路径跟踪制导模块的输入端连接所述通讯网络的输出端ηr,j(θj)、和非周期通讯调节器的输出端所述动力学控制模块的输入端连接所述协同跟踪制导模块的输出端αi和所述并行学习辨识模块的输出端所述并行学习辨识模块的输入端连接所述动力学控制模块的输出端和无人艇的输出端xi,2；所述非周期执行调节器的输入端连接所述动力学控制模块的输出端所述非周期通讯调节器的输入端连接无人艇的输出端xi,1和xi,2。

4.根据权利要求2所述的一种事件触发的无人艇集群分布式协同控制器，其特征在于，所述协同路径跟踪制导模块，包括：

协同偏差生成器、信号放大器a、信号比较器a及信号衰减器；

所述协同偏差生成器的输入信号包括所述非周期执行调节器输出的非周期位置信号相邻无人艇的非周期位置信号及领航艇的位置信号ηr,j(θj),j∈li；所述的协同偏差生成器输出的误差信号由式(1)得到：

其中，θj为领航艇的路径参数；i为无人艇编号；

所述协同路径跟踪制导模块输出的制导信号αi由式(2)得到：

所述协同偏差生成器输出的误差信号通过所述信号放大器a放大ki,1倍后，与相邻无人艇的非周期速度信号和领航艇的非周期速度信号通过所述信号比较器a进行比较，比较后得到的信号通过所述信号衰减器衰减di倍，作为所述协同路径跟踪制导模块输出的制导信号。

5.根据权利要求4所述的一种事件触发的无人艇集群分布式协同控制器，其特征在于，所述动力学控制模块，包括：跟踪微分器、信号比较器b、信号放大器b、信号比较器c及乘法器a；

所述跟踪微分器的输入信号为协同路径跟踪制导模块输出的制导信号αi，所述跟踪微分器输出的滤波信号vi与导数信号为：

其中，γi为一个调节参数；

所述动力学控制模块输出的控制信号由式(4)得到：

所述跟踪微分器输出的滤波信号vi与无人艇的速度信号xi,2通过所述信号比较器b进行比较，得到的比较信号通过信号放大器放大ki,2倍后，与所述并行学习辨识模块输出的逼近信号跟踪微分器输出的导数信号通过信号比较器c进行比较，得到的比较信号与所述并行学习辨识模块输出的辨识信号λi通过所述乘法器a运算，所述乘法器a的输出信号作为所述动力学控制模块输出的控制信号。

6.根据权利要求5所述的一种事件触发的无人艇集群分布式协同控制器，其特征在于，所述并行学习辨识模块，包括：

数据处理单元、信号比较器d、信号放大器c、信号比较器e、积分器a、数据存储单元、乘法器b、求和器、信号放大器d、反相器及积分器b；

所述数据处理单元的输入信号为无人艇的速度信号xi,2、所述动力学控制模块输出的控制信号所述积分器b的输出信号所述数据处理单元输出的逼近信号辨识信号λi、辅助信号yi和设计为：

其中，td为采样时间，为与ξi的相关函数，l＝1,...,9，与来自对的重新解构，k＝1,2,3，

来自无人艇的速度信号xi,2与积分器a输出的信号在信号比较器d做比较，比较信号经信号放大器c放大ρi倍后，放大信号与数据处理单元输出的信号在信号比较器e作对比，比较信号作为积分器a的输入信号；所述积分器a的输出信号为：

所述数据存储单元的输入信号为无人艇的加速度信号所述数据处理单元的输出信号yi、所述积分器b的输出信号所述数据存储单元的输出信号gi为：

其中，yi(l)和代表被记录的数据，n为存储数据的堆栈数；

所述积分器b的输出信号由式(8)得到：

所述数据处理单元的输出信号yi与所述信号比较器d输出的比较信号通过所述乘法器b进行运算，所述乘法器b的输出信号与所述数据存储单元的输出信号gi经过求和器求和，求和信号经过信号放大器d放大γi倍，放大信号作为所述反相器的输入信号，所述反相器的输出信号作为所述积分器b的输入信号；所述并行学习辨识模块的输出信号为逼近信号和辨识信号λi。

7.根据权利要求6所述的一种事件触发的无人艇集群分布式协同控制器，其特征在于，所述非周期执行调节器，包括：

零阶保持器e1；

通过预设执行事件来调节所述零阶保持器e1的更新；所述预设执行器的输入信号为所述动力学控制模块输出的控制信号所述零阶保持器e1输出的非周期执行信号τi；预设执行事件的输出信号为et1，当满足条件et1时，零阶保持器e1在时刻更新，时刻由式(9)得到：

其中，inf代表下确界，hu(·)是关于τi和的函数；

零阶保持器e1的输入信号为所述动力学控制模块输出的控制信号零阶保持器e1的输出信号为非周期执行调节器输出的非周期执行信号，所述非周期执行调节器输出的非周期执行信号τi为：

非周期执行调节器的输出信号τi为无人艇的输入信号。

8.根据权利要求7所述的一种事件触发的无人艇集群分布式协同控制器，其特征在于，所述非周期通讯调节器，包括：

零阶保持器e2；

通过预设通讯事件来调节所述零阶保持器e2的更新；所述预设通讯事件的输入信号为无人艇的位置信号xi,1和速度信号xi,2，以及所述零阶保持器e2输出的非周期位置信号和非周期速度信号所述预设通讯事件的输出信号为et2，当满足条件et2时，零阶保持器e2在时刻更新，所述时刻由式(11)得到：

其中，hc(·)是关于xi,1、xi,2、和的函数；

所述非周期通讯调节器输出的非周期位置信号和非周期速度信号由式(12)得到：

所述零阶保持器e2的输入信号为无人艇的位置信号xi,1和速度信号xi,2；零阶保持器e2的输出信号为所述非周期通讯调节器的输出信号。

技术总结
本发明公开了一种事件触发的无人艇集群分布式协同控制器、结构及方法，通过基于事件触发的通讯方式，无人艇仅当满足预设事件时，才向通讯网络发送自身信息，实现了非周期的信息发送，从而减少信息发送频率，减轻无人艇通讯网络的通讯负担；同时，无人艇的协同动作执行也是由事件触发的，执行器根据设定的性能按需非周期的更新，从而降低了执行器更新频率，避免执行器的连续动作，减轻无人艇的执行负担；本发明中的并行学习辨识模块，不仅能够对无人艇中的不确定非线性动态进行逼近，也可以辨识未知控制增益，从而能够在不依赖无人艇的精确信息的情况下，仍能够保持协同控制，使得协同控制更加灵活高效。

技术研发人员：王丹;张义博;王浩亮;刘陆;李铁山;彭周华
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：2021.01.25
技术公布日：2021.06.01