1.一种可变形无人船的变形方法,其特征在于,可变形无人船具体包括船体、船侧翼、尾翼、变形部件,所述船体上安装有控制器、速度采集器、主推进器,所述船体两侧通过变形部件连接船侧翼,所述船体尾部通过电动伸缩杆连接有尾翼,所述变形部件包括万向部件及电动推杆,所述电动推杆一端通过万向部件与船体侧面连接,另一端通过万向部件与船侧翼侧面中间部位连接,所述速度采集器、电动推杆、电动伸缩杆、船侧翼、尾翼均与控制器电性连接;
所述船侧翼包括翼体、船侧翼驱动器、船侧翼螺旋桨,船侧翼驱动器安装于翼体底面,船侧翼驱动器的输出轴与船侧翼螺旋桨连接,船侧翼驱动器与控制器电性连接;所述尾翼包括尾翼翼体、尾翼驱动器、尾翼螺旋桨,尾翼翼体中部与电动伸缩杆一端固定连接,尾翼翼体为T型结构,且头部为圆弧形,尾翼翼体尾部安装尾翼驱动器,尾翼驱动器输出端与尾翼螺旋桨固定连接;
可变形无人船的变形方法具体包括如下步骤:步骤1,根据无人船实时采集的航速数据训练高斯过程回归预测模型,用于预测无人船未来时刻的航速变化趋势;
步骤2,采用改进的自适应k-means算法对高斯过程回归预测模型预测出的航速数据进行聚类,分别有低速、中速和高速三种类别,速度小于3m/s为低速,速度大于等于3m/s小于9m/s为中速,速度大于等于9m/s为高速;
步骤3,控制器根据预测航速的类别完成对象船体的变形,船体低速行驶时,船侧翼及尾翼均贴近船体,船体靠主推进器提供动力;船体速度大于等于3m/s小于9m/s时,电动推杆将船侧翼推出,船侧翼的驱动器转动带动船侧翼螺旋桨转动,主推进器、船侧翼螺旋桨同时为船体提供动力;船体速度大于等于9m/s时,电动伸缩杆将尾翼推出,尾翼驱动器转动带动尾翼螺旋桨转动,主推进器、船侧翼螺旋桨、尾翼螺旋桨同时为船体提供动力;
所述步骤1具体包括:
步骤1.1,高斯过程f(x)由均值函数m(x)和协方差函数k(x,x′)来描述:f(x)~GP(m(x),k(x,x′))步骤1.2,速度采集器收集到的航速信息为高斯过程回归预测模型的训练集:
其中,xi是第i个输入数据,yi是第i个输出数据;
步骤1.3,高斯过程回归中输入与输出的映射关系为:y=f(x)+ξ
其中,ξ是服从均值为0,协方差为的独立高斯分布噪声;
多维高斯分布的联合概率分布为:
其中,训练样本的均值函数μx先验给定为0,f(x*)表示测试样本的输出,N表示高斯分布,K(x*,X)表示测试样本与训练样本之间的混合核函数,K(X,X)表示训练样本之间的混合核函数,k(x*,x*)表示测试样本之间的混合核函数,表示噪声的协方差,In表示单位矩阵,k(X,x*)表示训练样本与测试样本之间的混合核函数;
步骤1.4,通过舒尔布公式推导出:
其中,m(f(x*))表示测试样本输出的均值函数,即预测出的无人船速度,cov(f(x*))表示测试样本输出的协方差函数,即预测出的无人船速度的不确定性,y表示训练样本的输出;
步骤1.5,输出航速预测信息给改进的自适应k-means算法模块对航速进行聚类;
所述步骤1.4中混合核函数采取平方指数核函数与周期核函数的混合核函数,具体公式:
其中,α与β是平方指数核函数与周期核函数的权重,根据海洋取样环境自适应地调整权重的大小,σ2是核函数的超参数,超参数的选择是通过极大似然边界函数进行寻优,数学公式为:
其中,表示零均值的高斯分布噪声,θ是超参数向量,L表示阶数;
为了计算极大似然边界函数,对步骤1.4中的公式(1)求偏导为:
其中,λ表示向量;
所述步骤2具体包括:
步骤2.1,输入数据为混合核函数高斯过程回归预测出的航速数据集:Y={x1,x2,,...xm},其中u是x轴纵荡速度,v是y轴横荡速度,z轴速度忽略不计,输出数据为簇划分C={c1,c2,c3};
步骤2.2,从数据集Y中指定3个作为初始的3个质心向量:{μ1,μ2,μ3},指定初始化自适应质心为:
其中,是长度傅汝德数,LWL是船舶的水线长,g为重力加速度;
步骤2.3,对步骤2.1将簇划分C初始化为 步骤2.4,计算数据集Y中的样本与步骤2.2中自适应质心的距离:一一将数据集Y中的样本点归到距离质心最近的簇,对每个簇中的所有数据集Y中的样本点重新计算新的质心;
步骤2.5,若所有质心都没有发生变化,则输出簇划分C给控制器,若质心发生变化,按照新的质心,重复步骤2.4;
所述步骤2.1,根据速度分类准则指定簇:c1<3m/s
3m/s≤c2<9m/s
c3≥9m/s。
2.根据权利要求1所述的一种可变形无人船的变形方法,其特征在于,所述万向部件包括内球头及环形卡箍,所述内球头安装在船体侧面,所述环形卡箍卡接在内球头上。