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龙图腾网获悉中国人民解放军空军工程大学申请的专利无人水面艇集群系统有限时间分布式编队方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119292046B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-07发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202311162377.2，技术领域涉及：G05B13/04；该发明授权无人水面艇集群系统有限时间分布式编队方法是由吕茂隆;王萍;沈堤;万路军;张博洋;董泽洪;何兴宇设计研发完成，并于2023-09-11向国家知识产权局提交的专利申请。

本无人水面艇集群系统有限时间分布式编队方法在说明书摘要公布了：提供一种无人水面艇集群系统有限时间分布式编队方法，不仅能保证无人水面艇系统在有限时间达到期望的编队模式，而且能确保系统速度和编队误差在整个运行期间始终满足时变约束需求，该方法包括下列步骤：建立三自由度无人水面艇运动学和动力学模型；利用光滑函数近似系统的饱和约束，并结合故障模型建立受制于驱动器故障以及饱和约束的新的系统动力学模型；设计虚拟控制律又称运动学指导律；设计虚拟领导者的参数化通道速率；设计有限时间分布式编队控制器；设计不确定补偿自适应律。本发明可根据使用者的需要，设计时变编队模式以及时变约束函数，动态地调整多无人水面艇的编队形式，同时确保速度和编队跟踪误差始终不偏离指定的约束集。

本发明授权无人水面艇集群系统有限时间分布式编队方法在权利要求书中公布了：1.无人水面艇集群系统有限时间分布式编队方法，其特征在于，具体步骤如下： 步骤1：考虑由艘无人水面艇系统组成的网络，其中第艘无人水面艇分别采用大地坐标系和船体坐标系进行建模，得到如下的运动学和动力学模型： 1， 公式1表示第艘无人水面艇系统，式中：是第艘无人水面艇在大地坐标系下的位置信息和航向角组成的向量，上角标T表示向量或矩阵的转置，表示向量关于时间的导数，是船体坐标系下由浪涌、摇摆和偏航速度组成的速度向量，分别代表前向速度、横漂速度和艏摇角速度；是由风、浪、涌引起的未知有界扰动向量，分别表示不同速度方向上的未知有界扰动；是受制于以下故障及饱和约束的驱动力，分别表示三个速度方向上的驱动力， 2， 公式2表示故障模型，其中代表损失效率矩阵，分别代表不同驱动力方向上的损失效率因子，且满足,代表未知有界加性故障，饱和输入向量是由以下定义的饱和函数决定 3， 式中的下标,分别表示三个速度方向上的实际控制输入，以及是饱和函数两个已知的常数界；定义，其表示实际待设计的控制输入向量；此外，代表已知的非线性函数，其中表示科氏力向心矩阵且满足,和表示已知函数矩阵，表示由系统非线性抑制矩阵中不可精确量测参数组成的未知实数向量，质量矩阵为正定对称矩阵且满足，矩阵代表转移矩阵且具有以下定义 ， 设置无人水面艇系统的初始状态，其中分别表示三个量在初始时刻的函数值；设置虚拟领导者的参数化路径为，分别表示前向位置、横漂位置以及艏摇角方向的参数化轨迹，表示设置的路径参数；设置参数化路径渴望的收敛速度为，第艘无人水面艇期望的编队轨迹为,； 步骤2：利用非线性光滑函数估计式3中定义的饱和函数： 4， 由此根据拉格朗日均值定理，得到以下近似关系： 5， 公式5表示函数近似模型，式中表示近似误差且其绝对值具有上界值；符号表示函数对变量的求导运算，即满足,其中，为待选择的权重系数且满足，为待选择的实数；此外，导数的函数值满足，其中是一个已知的正常数； 定义对角矩阵，其中分别表示式4中非线性光滑函数的导数；定义总误差向量，其中分别表示三个控制力方向上的饱和函数估计误差；之后，结合故障模型2，饱和输入向量以及饱和函数近似模型5，将第艘无人水面艇系统1重新写为如下形式： 6， 式中：表示矩阵的逆矩阵，代表系统总的外部不确定性且为有界向量，即范数满足，其中表示未知外部扰动界； 步骤3：分别定义协同编队跟踪误差向量以及虚拟误差坐标变换为 7， 式中：代表第个智能体与第个智能体间的邻接矩阵的权值，具体的，表示智能体和智能体间有连接关系，否则代表无通讯关系；代表智能体与虚拟领导者之间的连接关系，等于1代表有连接关系，否则代表无连接关系,,分别表示第个和第个无人水面艇的位置信息向量，表示待设计的运动学制导律，也称为虚拟控制律，表示式1中矩阵的转置； 步骤4：给定系统编队误差以及速度变量的约束需求 ， 式中分别表示给定的误差变量范数及速度变量范数的约束函数，它们均定义为具有以下有限时间性能的单调递减函数： 8， 式中：，以及都是给定的正常数,表示时间，有限时间； 步骤5：设计虚拟控制律 9， 式中：，和是待设计的正控制参数，是待设计的正数，,分别表示关于时间的导数，表示对的偏导数；为方便起见，使用简化符号代表约束函数项，且控制非线性项定义为以下分段函数的形式 10， 其中是预先给定的一个较小的正参数，过程系数， ； 步骤6：定义，是关于时间的导数，表示期望的参考通道，使用滤波梯度方法设计虚拟领导者的通道速率 11， 式中和是待设计的正参数； 步骤7：设计非线性跟踪微分观测器估计9式虚拟控制律的时间导数 12， 式中：表示的估计，代表的估计，表示的时间导数，代表待选择的正实参数；此外，对任意的向量； 以及给定的正常数,定义数学运算符号，其中表示向量的分量，表示的符号函数，表示的绝对值； 步骤8：为第艘无人水面艇系统设计有限时间控制输入向量 13， 式中：和是待设计的正控制参数；为方便起见，使用简化符号代表约束函数项，代表未知参数的估计信号，代表未知外部扰动界的估计信号，非线性控制函数满足以下定义： ， 其中是预先给定的一个较小的正参数，过程系数，；此外，双曲正切对角函数阵定义如下： 式中是非线性交叉函数向量分别左乘单位向量，以及得到的分量，是三个待选择的正实数； 步骤9：设计用以补偿系统不确定性的自适应更新律为 14， 15， 式中：均为待设计的正常数。

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