1.一种基于13点自适应PID抗噪的无人船路径跟踪控制方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、构建无人船运动的三自由度模型;
S2、根据无人船运动的三自由度模型,利用自适应PID控制器与13点ZTD格式构建的
13P‑ADAZND模型对无人船机进行速度调节和状态更新;
所述S1包括以下子步骤:
S11、确定姿态变换矩阵、控制输入向量、外部扰动以及无人船在实际航行过程中非受控动力学特性;
S12、根据姿态变换矩阵、控制输入向量、外部扰动以及无人船在实际航行过程中非受控动力学特性,构建无人船运动的三自由度模型;
所述S2包括以下子步骤:
S21、构建误差函数,计算无人船期望轨迹与实际轨迹之间的误差;
S22、根据无人船期望轨迹与实际轨迹之间的误差,构建自适应积分型误差函数与自适应ZND模型,并得到误差函数动态演化过程;
S23、根据误差函数动态演化过程,得到PID控制器,并对无人船纵向速度、横向速度和艏摇角速度进行调节;
S24、根据无人船运动的三自由度模型,构建13P‑ADAZND模型;
S25、利用13P‑ADAZND模型对无人船的状态进行更新;
所述S22中,自适应积分型误差函数 的表达式为:
;
;
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其中, 为动态调节自适应律, 为加权自适应律, 为误差函数, 为是在0‑t区间中某一时刻 的误差,为0‑t时间内的某一时刻,为加权自适应律的系数,为动态调节自适应律的系数,为时间变量, 为函数的二范数, 为指数函数, 为0‑t时间内的某一时刻对应的加权自适应律的值。
2.根据权利要求1所述的基于13点自适应PID抗噪的无人船路径跟踪控制方法,其特征在于,所述S11中,姿态变换矩阵 的表达式为:;
其中, 为关于艏摇角的矩阵, 为无人船的状态向量,为时间变量,为艏摇角;
所述S11中,控制输入向量 的表达式为:
;
其中, 为在无人船坐标下的纵向速度指令, 为在无人船坐标下的横向速度指令, 为艏摇角速度指令, 为向量转置;
所述S11中,外部扰动 的表达式为:
;
其中, 为环境因素对无人船在导航坐标系下造成的对纵向速度噪声干扰, 为环境因素对无人船在导航坐标系下造成的对横向速度噪声干扰, 为环境因素对无人船在导航坐标系下造成的对艏摇角速度噪声干扰;
所述S11中,无人船在实际航行过程中的非受控动力学特性 的表达式为:;
其中, 为无人船在无控制输入作用下沿导航坐标系x轴的速度, 为无人船在无控制输入作用下沿导航坐标系y轴的速度, 为无人船在无控制输入作用下艏摇角的角速度。
3.根据权利要求1所述的基于13点自适应PID抗噪的无人船路径跟踪控制方法,其特征在于,所述S12中,无人船运动的三自由度数学模型 的表达式为:;
其中, 为无人船在实际航行过程中的非受控动力学特性, 为姿态变换矩阵, 为控制输入向量, 为外部扰动,为时间变量, 为无人船的状态向量。
4.根据权利要求1所述的基于13点自适应PID抗噪的无人船路径跟踪控制方法,其特征在于,所述S24中,13P‑ADAZND模型的表达式为:;
;
其中, 为下一个采样点的预测状态量, 为到下一采样点的误差加权积累量,为当前采样点的状态量, 为到当前采样点的误差加权积累量, 为前一个采样点的状态量, 为到前一个采样点的误差加权积累量, 为第前二个采样点的状态量, 为到第前二个采样点的误差加权积累量, 为第前三个采样点的状态量, 为到第前三个采样点的误差加权积累量, 为第前四个采样点的状态量, 为到第前四个采样点的误差加权积累量, 为第前五个采样点的状态量, 为到第前五个采样点的误差加权积累量, 为第前六个采样点的状态量, 为到第前六个采样点的误差加权积累量, 为第前七个采样点的状态量, 为到第前七个采样点的误差加权积累量, 为第前八个采样点的状态量, 为到第前八个采样点的误差加权积累量, 为第前九个采样点的状态量, 为到第前九个采样点的误差加权积累量, 为到第前十个采样点的状态量,为到第前十个采样点的误差加权积累量, 为第前十一个采样点的状态量, 为到第前十一个采样点的误差加权积累量, 为用来计算求当前采样点的状态变量变化率的部分式子, 为当前采样点的状态变量, 为当前采样点期望输出的导数, 为当前采样点受外界噪声干扰, 为动态调节自适应律, 为加权自适应律, 为无人船的状态向量,为时间变量, 为在0‑t时刻内任意某一时刻的期望输出状态,为0‑t时间内的某一时刻, 为期望输出轨迹, 为当前采样点实际输出 对当前采样点的状态量 求导后得到的雅可比矩阵的逆, 为当前采样点实际输出的值, 为当前采样点对应的加权自适应律的值, 为实际输出, 为0‑t时间内的某一时刻对应的加权自适应律的值, 为0‑t时间内的某一时刻对应的期望输出的值,为0到1之间的采样间隙, 为当前采样点的期望输出, 为期望输出轨迹, 为在0‑ 时间里某一时刻 的实际输出, 表示在0‑ 时刻内任意某一时刻的系统状态量。