[发明专利]一种抗舵机饱和的船舶航向自适应控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种船舶航向控制方法。

背景技术

船舶航行时经常需要进行转向控制，且要求转向时施舵合理，快速稳定，调节时间短且超调小。当船舶转向尤其大角度转向时，运动幅度大，舵机经常处于幅值和速率饱和状态。饱和因素的存在，会使控制器输出舵角和实际舵角不一致，从而造成闭环控制性能的不一致，甚至不稳定。舵机饱和因素是船舶航向控制器设计时需要考虑的一个重要方面。

目前针对系统中存在执行器饱和环节的控制器设计通常有两种方法：直接设计方法和抗饱和补偿法。直接设计方法是在控制器设计时直接将执行器饱和考虑进去，使得闭环系统稳定；抗饱和补偿法先忽略饱和非线性，设计满足给定性能指标的控制器，然后以执行机构的输入输出之差作为输入，设计补偿器弱化饱和的影响。相比于直接设计方法，抗饱和补偿法具有设计简单、易于工程实现等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供基于backstepping控制器的补偿器设计方法的一种抗舵机饱和的船舶航向自适应控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种抗舵机饱和的船舶航向自适应控制方法，其特征是：

（1）对带有舵机饱和特征的船舶航向信息进行数字采集，

对所述船舶航向信息进行求导、转置及乘积运算，计算构成如下：

ψ·=rr·=φT(r)θ+bδ(δc)]]>

其中r为航向角速度，ψ为航向角，θ＝(θ₁  θ₂)^T，φ(r)＝(r  r³)^T，δ＝δ(δ_c)，δ_c为指令舵角，δ为实际舵角，θ为未知常数矩阵，θ₁、θ₂为矩阵列向量，b为符号已知的未知常数；

（2）引入一个动态抗饱和补偿器，使得系统存在执行器饱和时，航向输出ψ跟踪期望航向ψ_d，动态抗饱和补偿器模块接收期望舵角与实际舵角的差值，即加法器的输出结果：

动态抗饱和补偿器的构造方法为：

χ·1=-d1χ1+χ2χ·2=-d2χ2+b^Δδ]]>