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龙图腾网获悉大连海事大学申请的专利一种基于二自由度LQR的船舶编队系统切换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：CN116449829B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-01-09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：202310329389.3，技术领域涉及：G05D1/43；该发明授权一种基于二自由度LQR的船舶编队系统切换控制方法是由庹玉龙;耿少龙;彭周华;王莎莎;刘彪设计研发完成，并于2023-03-30向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于二自由度LQR的船舶编队系统切换控制方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种基于二自由度LQR的船舶编队系统切换控制方法，包括：建立船舶数学模型，定义每艘船在北东坐标系下位置与对应队形参考点之间的相对位置向量；船舶之间通过有向强连通图建立通信拓扑图；基于设计的船舶协同编队控制器根据输入期望状态信号获取相对应的协调控制器；协调控制器基于二自由度平滑LQR设计协同平滑控制器；根据协同平滑控制器获取适用于船舶协同编队切换控制律；协同编队控制器根据船舶的控制信号与指令员的指令获取期望状态信号，协同编队控制器根据期望状态信号进行不同协调控制器的切换。解决了在多控制系统的船舶编队中，不同控制系统的切换存在较大的时间延迟与误差，使得船舶编队控制器会受到更大的干扰的问题。

本发明授权一种基于二自由度LQR的船舶编队系统切换控制方法在权利要求书中公布了：1.一种基于二自由度LQR的船舶编队系统切换控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤S1：建立船舶的数学模型，根据对每艘船指定各自的队形参考点，定义每艘船在北东坐标系下位置与对应的队形参考点之间的相对位置向量； 步骤S2：所述船舶之间通过有向强连通图建立通信拓扑图； 设计船舶的协同编队控制器，且所述协同编队控制器根据船舶的控制信号与指令员的指令生成的输入期望状态信号，获取与输入期望状态信号相对应的协调控制器； 所述输入期望状态信号包括协调跟踪控制信号与协调定位控制信号； 所述协调控制器包括协调跟踪控制器与协调定位控制器； 步骤S3：通过协调跟踪控制器与协调定位控制器，基于二自由度平滑LQR设计通用协同平滑控制器； 根据所述通用协同平滑控制器获取适用于船舶协同编队切换控制律；所述船舶协同编队切换控制律包括第一过渡控制律与第二过渡控制律； 所述第一过渡控制律为协同编队控制器到协调跟踪控制器的过渡控制律； 所述第二过渡控制律为协调轨迹跟踪控制器到协调定位控制器的过渡控制律； 并通过船舶协同编队切换控制律实现所述协调控制器与协同编队控制器的平滑过渡控制； 具体为，定义传统的LQR的控制目标函数为： 12 13 式中，和分别为船舶的控制器输出位置误差和船舶控制器的控制输入误差；为船舶的实际位置；为船舶的期望位置；为船舶控制器的实际动力输出；为船舶控制器的期望动力输出； 提取离线控制器的二自由度状态空间模型，所述离线控制器的二自由度状态空间模型为： 14 15 式中，表示状态变量的一阶微分形式；表示未知系数矩阵；表示未知系数矩阵；表示未知系数矩阵；表示状态变量；为常值；表示系统输出；表示系统输入；表示未知系数矩阵；表示未知系数矩阵；表示未知系数矩阵； 确定离线控制器的状态空间，根据离线控制器的状态空间确定离线控制器闭环的主特征值； 所述离线控制器闭环的主特征值的确定方式为离线控制器的输出，以最小的误差跟踪控制跟踪船舶协同编队控制器线性控制准则中超调百分比和上升时间可用于制定离线控制器的期望特征值； 所述离线控制器闭环系统的通用形式可表示为： 24 25 式中，矩阵可使用遗传算法的极点配置算法，以达到理想的系统响应；所述的确定原则为：将离线控制器的闭环极点位置与期望极点位置的误差收敛到一个值； 所述协同编队控制器到协调轨迹跟踪控制器的过渡控制律为： 28 式中，表示控制器的控制输入；表示期望队形的控制输入；表示所有船舶的队形参考点之间的位置同步误差的向量形式；表示船舶之间相互通信的拓扑图的邻接矩阵；表示定义的权值函数，且； 所述协调轨迹跟踪控制器到协调定位控制器的过渡过程的控制律为： 29 式中，表示控制器的控制输入；表示协调定位的的控制输入；关于的函数，，表示船舶纵向速度，表示船舶横向速度，且 步骤S4：协同编队控制器根据船舶的控制信号与指令员的指令更新输入期望状态信号，所述协同编队控制器根据更新的输入期望状态信号进行不同协调控制器的切换； 若海事作业中先执行协调轨迹跟踪作业，则协同编队控制器通过协同编队控制器到协调跟踪控制器的过渡控制律，切换至协调跟踪控制器实现船舶的协调轨迹跟踪； 若先执行协调定位作业，则协调跟踪控制器可直接通过协调轨迹跟踪控制器到协调定位控制器的过渡控制律，从协调定位控制器切换至协调跟踪控制器实现船舶的协调定位，而不需要经过协同编队控制器。

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