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龙图腾网获悉大连海事大学申请的专利一种带有输入以及状态量化的无人船航向容错控制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：CN119472267B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-12-26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：202411439570.0，技术领域涉及：G05B13/04；该发明授权一种带有输入以及状态量化的无人船航向容错控制方法是由李伟;崔若愚;宁君;李铁山;刘陆;陈科谕设计研发完成，并于2024-10-15向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种带有输入以及状态量化的无人船航向容错控制方法在说明书摘要公布了：本发明提供一种带有输入以及状态量化的无人船航向容错控制方法，包括：考虑USV容错系统中传感器和执行器的故障因素，设计控制器；采用扩张状态观测器，估计系统的状态变量和不确定性，并对量化的状态变量进行重构；对输入量化的过程进行线性描述，控制器不需要任何量化参数的先验信息；利用李雅普诺夫稳定性理论证明了控制器和观测器的稳定性，整个闭环系统是最终一致有界的。本发明将故障因素考虑进船舶运动控制过程中，采用量化技术对系统的控制输入和状态变量进行处理。在仿真过程中，使用饱和函数代替控制律中的符号函数以防止抖振，验证了带有输入以及状态量化的无人船航向容错控制策略的有效性。

本发明授权一种带有输入以及状态量化的无人船航向容错控制方法在权利要求书中公布了：1.一种带有输入以及状态量化的无人船航向容错控制方法，其特征在于，包括： S1、考虑USV容错系统中传感器和执行器的故障因素，设计控制器，包括： S11、构建船舶数学模型，如下： 其中，ψ表示USV的航向，r表示USV的转艏角速度；a表示Norrbin模型的非线性系数，b表示控制系统的增益，K表示旋回指数，T表示跟随指数，ω表示系统的未知扰动，τ表示系统的控制输入，δ表示系统的舵角，|ω|≤D； S12、选取ψ,r作为状态变量，定义x1＝ψ，fx,t＝a1r+a2r3，取τ＝δ，Qτ是量化后的系统的控制输入；量化将连续信号转换为分段的信号，由此引入输入量化后的USV航向控制数学模型，如下： S13、基于故障因素，考虑传感器和执行器的容错，设计容错子系统，如下： τ＝ρ0ν 其中，ρ0和ρi均表示未知参数，0＜ρi0≤ρi≤1,0＜ρ00≤ρ0≤1；x1的指令为yd，和表示传感器的输出；控制目标是设计控制率ν使整个闭环系统的信号有界，当t→∞时， S2、采用扩张状态观测器，估计系统的状态变量和不确定性，并对量化的状态变量进行重构，对输入量化的过程进行线性描述，控制器不需要任何量化参数的先验信息，包括： S21、通过均匀量化器对USV的状态变量x1，x2和控制输入τ进行量化，均匀量化器如下： 其中，χ＝x1,x2,τ，γ＞0为量化步长，H1＝γ，Hi+1＝Hi+γ； S22、均匀量化器的量化误差是有界的且能保证令Qτ＝q1tτ+q2t，则： 其中，q1t表示未知参数，由于符号在量化过程中保持不变，如果|τt|＜κ，得q1t0，考虑到Qτt是有界的，那么q2t也是有界的，且 S23、设计扩张状态观测器，如下： 其中，ε表示大于零的常数，均表示观测器的状态，使用设计扩张状态观测器实现当t→∞时， S3、利用李雅普诺夫稳定性理论证明了控制器和观测器的稳定性，整个闭环系统是最终一致有界的，包括： S31、定义则 S32、设计Lyapunov函数，如下： 并对设计的Lyapunov函数进行求导，得到： 由于则： S33、由于0＜ρ20≤ρ2≤1，则即则： S34、定义α1＝-c1z1，c1＞0，则： 其中， S35、根据步骤S31中的定义，得到： S36、设计Lyapunov函数，如下： 由于则： 其中，μ2＝ρ2ρ0， S37、由于是未知常数，则采用自适应方法，设计Lyapunov函数，如下： 其中，γ1＞0，则： S38、由于μ3＝ρ2ρ0是未知的，设计控制律和自适应律如下： S39、根据步骤S23设计的扩张状态观测器，定义 S310、定义观测器的误差状态方程，如下： 其中， S311、对于任意给定的正定矩阵Q，都存在一个满足以下Lyapunov方程的对称正定矩阵P，如下： BTP+PB+Q＝0 S312、定义扩张状态观测器的Lyapunov函数，如下： S313、对定义的扩张状态观测器的Lyapunov函数进行求导，得到： 其中，λminQ表示Q的最小特征值； S314、由得知观测器的收敛条件，如下： 观测器误差的收敛速度取决于ε，ε越小，收敛越快，随着ε减小，将逐渐收敛到0； S315、由设计控制器过程中所设的Lyapunov函数得到： 由于≥q1min＝1∈＞0，则： 其中，由于取y＝sint，则： S316、计算不等式方程的解，如下： 其中，a表示任意常数； S317、如果Vt和k·在上是光滑函数，Vt≥0，N·为光滑的N函数，θ为非零常数，如果满足c10，c0是常数，θ0t是未知时变参数，则Vt、kt和在上有界； S318、由步骤S316可知： 其中，由步骤S317，则Vt在上有界，因此z1和z2在上有界，通过取足够大的λ和γ2值，保证t→∞时，z1、z2足够小，从而 S319、对整个闭环系统设计Lyapunov函数，如下： Vo＝V+Ve 并对设计的Lyapunov函数进行求导，得到： 则证明整个闭环系统最终一致有界。

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