技术特征：
1.一种非奇异有限时间无人艇预设性能动力定位控制方法，其特征在于，包括以下步骤：将无人艇实际测量位置与期望位置作差获取无人艇位置误差；将无人艇位置误差按照纵向转换位置、横向转换位置以及艏向转换位置分解后均进行预设性能转换，获取预设性能误差转换变量；基于预设性能误差转换变量以及非奇异有限时间算子，构建非奇异有限时间虚拟速度律作为无人艇的参考速度；将参考速度与实际测量速度作差获取速度跟踪误差；将速度跟踪误差结合控制指令与饱和限幅间的偏差，通过构建模糊监督补偿计算模糊监督饱和补偿律；结合速度跟踪误差构建模糊逻辑系统计算自适应模糊逼近项；根据速度跟踪误差和复合扰动未知上界的自适应估计项计算鲁棒项；引入动力学非奇异有限时间控制项，结合模糊监督饱和补偿律、自适应模糊逼近项以及鲁棒项，构建非奇异有限时间动力学控制器输出控制指令；其中，控制指令中包含预施加在无人艇上的力或力矩；将力或力矩施加在无人艇上调节无人艇上的螺旋桨转速，实现无人艇的定位。2.根据权利要求1所述的非奇异有限时间无人艇预设性能动力定位控制方法，其特征在于，所述非奇异有限时间虚拟速度律为：其中，j(ψ)为将无人艇艇体坐标系转换为固定坐标系的旋转矩阵；j(ψ)
t
为j(ψ)的转置矩阵；ψ表示无人船的航向角；g为预设性能增益矩阵；g-1
为g的逆矩阵；δ1是一小正定参数；z1为转换位置误差向量；为计算非奇异有限时间虚拟速度律的中间控制变量，采用非奇异有限时间算子计算。3.根据权利要求1所述的非奇异有限时间无人艇预设性能动力定位控制方法，其特征在于，所述自适应模糊逼近项为：其中，为速度跟踪误差；为速度跟踪误差；为理想权值二范数的最优估计值，最优估计值，和分别为用以逼近未知模型依赖项的理想权值和高斯模糊基函数；所述模糊监督饱和补偿律为：
其中，υ是基于饱和命令偏差的切换因子，当达到所设定阈值时υ＝1，否则υ＝0；为θ
δτ
的转置矩阵；为速度跟踪误差；为速度跟踪误差；为理想权值二范数的最优估计值；和分别为用以逼近未知饱和偏差δτ的模糊逻辑系统的理想权重矩阵和高斯模糊基函数；其中，k为1,2或3；l为正整数；t代表转置。4.根据权利要求3所述的非奇异有限时间无人艇预设性能动力定位控制方法，其特征在于，所述非奇异有限时间动力学控制器为：其中，δ2是数值小的正常数；为计算非奇异动力学中间控制变量；τ
sat
为控制指令；为速度跟踪误差；鲁棒项为：其中，为复合扰动未知上界的自适应估计项；为速度跟踪误差。5.一种非奇异有限时间无人艇预设性能动力定位控制系统，其特征在于，包括：传感器、第一减法器、预设性能映射单元、第二减法器、虚拟速度律构建单元、模糊监督补偿构建单元、模糊逻辑系统构建单元、鲁棒自适应估计构建单元和非奇异有限时间动力学控制器构建单元；传感器的输出端连接第一减法器和第二减法器的输入端；第一减法器的输出端连接预设性能映射单元的输入端；预设性能映射单元的输出端连接虚拟速度律构建单元的输入端，虚拟速度律构建单元的输出端连接第二减法器；第二减法器的输出端连接模糊监督补偿构建单元、模糊监督补偿构建单元、模糊逻辑系统构建单元、鲁棒自适应估计构建单元和非奇异有限时间动力学控制器构建单元；传感器用于实时采集无人艇实际测量速度和位置；第一减法器用于将无人艇实际测量位置与期望位置作差获取无人艇位置误差；预设性能映射单元用于将无人艇位置误差按照纵向转换位置、横向转换位置以及艏向转换位置分解后均进行预设性能转换，获取预设性能误差转换变量；虚拟速度律构建单元用于基于预设性能误差转换变量以及非奇异有限时间算子，构建非奇异有限时间虚拟速度律作为无人艇的参考速度；第二减法器用于将参考速度与实际测量速度作差获取速度跟踪误差；模糊监督补偿构建单元用于将速度跟踪误差结合控制指令与饱和限幅间的偏差，通过
构建模糊监督补偿计算模糊监督饱和补偿律；模糊逻辑系统构建单元用于结合速度跟踪误差构建模糊逻辑系统计算自适应模糊逼近项；鲁棒自适应估计构建单元用于根据速度跟踪误差和复合扰动未知上界的自适应估计项计算鲁棒项；非奇异有限时间动力学控制器构建单元用于引入动力学非奇异有限时间控制项，结合模糊监督饱和补偿律、自适应模糊逼近项以及鲁棒项，构建非奇异有限时间动力学控制器输出控制指令；其中，控制指令中包含预施加在无人艇上的力或力矩；将力或力矩施加在无人艇上调节无人艇上的螺旋桨转速，实现无人艇的定位。6.根据权利要求5所述的非奇异有限时间无人艇预设性能动力定位控制系统，其特征在于，所述非奇异有限时间虚拟速度律为：其中，j(ψ)为将无人艇艇体坐标系转换为固定坐标系的旋转矩阵；j(ψ)
t
为j(ψ)的转置矩阵；ψ表示无人船的航向角；g为预设性能增益矩阵；g-1
为g的逆矩阵；δ1是一小正定参数；z1为转换位置误差向量；为计算非奇异有限时间虚拟速度律的中间控制变量，采用非奇异有限时间算子计算。7.根据权利要求5所述的非奇异有限时间无人艇预设性能动力定位控制系统，其特征在于，所述自适应模糊逼近项为：其中，为速度跟踪误差；为速度跟踪误差；为理想权值二范数的最优估计值，最优估计值，和分别为用以逼近未知模型依赖项的理想权值和高斯模糊基函数；所述模糊监督饱和补偿律为：其中，υ是基于饱和命令偏差的切换因子，当达到所设定阈值时υ＝1，否则υ＝0；为θ
δτ
的转置矩阵；为速度跟踪误差；为速度跟踪误差；为理想权值二范数的最优估计值；和分别为用以逼近未知饱和偏差δτ的模糊逻辑系统的
理想权重矩阵和高斯模糊基函数；其中，k为1,2或3；l为正整数；t代表转置。8.根据权利要求7所述的非奇异有限时间无人艇预设性能动力定位控制系统，其特征在于，所述非奇异有限时间动力学控制器为：其中，δ2是数值小的正常数；为计算非奇异动力学中间控制变量；τ
sat
为控制指令；为速度跟踪误差；鲁棒项为：其中，为复合扰动未知上界的自适应估计项；为速度跟踪误差。
技术总结
本发明提供了非奇异有限时间无人艇预设性能动力定位控制方法及系统，属于无人艇自动控制领域，方法包括：将无人艇实际测量位置与期望位置作差获取位置误差；将无人艇位置误差进行预设性能转换；构建非奇异有限时间虚拟速度律作为无人艇的参考速度；将参考速度与实际测量速度作差获取速度跟踪误差；计算模糊监督饱和补偿律和自适应模糊逼近项；构建非奇异有限时间动力学控制器输出控制指令；将力或力矩施加在无人艇上调节无人艇上的螺旋桨转速，实现无人艇的定位。本发明确保了无人艇在存在模型不确定性和输入饱和约束情况下的非奇异有限时间预设性能动力定位控制。限时间预设性能动力定位控制。限时间预设性能动力定位控制。
技术研发人员：向先波 段煜 李锦江 张琴 杨少龙 向巩
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2022.10.28
技术公布日：2023/1/16