[发明专利]一种基于低通滤波器的PID型一阶全格式无模型自适应航速控制算法

说明书

本发明属于海洋运载器运动控制领域，具体涉及一种基于低通滤波器的PID型一阶全格式无模型自适应航速控制算法；包括向海洋运载器下达期望航速指令即y*(k)；通过传感器测得海洋运载器当前的实际航速y(k)，并计算航速误差e(k)；若|e(k)|小于预先设定的误差阈值e₀，则认为海洋运载器航速收敛到期望航速，否则将e(k)作为基于低通滤波器的PID_FO_FFDL_MFAC算法的输入，并由该控制器解算出当前时刻的期望指令u(k)，海洋运载器推进机构即螺旋桨或喷水推进等模式执行期望指令，海洋运载器航速发生改变；通过海洋运载器上搭载的传感器测得此刻海洋运载器的实际航速，本发明通过引入低通滤波器降低了微分项的引入对系统性能的不利影响，从而使得海洋运载器航速能够快速稳定收敛到期望航速。

技术领域

本发明属于海洋运载器运动控制领域，具体涉及一种基于低通滤波器的PID型一阶全格式无模型自适应航速控制算法。

背景技术

准确的控制海洋运载器航速，才能使海洋运载器安全有效的从而执行各种任务，如海图绘制，水文测量等。目前工程应用中，海洋运载器的航速控制，基本上采用的是PID控制算法，以及常规的基于“模型导向”设计策略开发的控制算法。PID是一种基于离线数据的数据驱动控制算法，无人艇容易受到模型摄动，环境干扰力等影响，导致PID控制器难以维持一致的控制效果，需要重新调整参数才能使系统稳定。而基于“模型导向”设计策略开发的控制器，由于获得系统精确的数学模型十分困难，导致控系统的自适应较差，难以保证系统鲁棒性能，从而很难在工程中获得应用。

公开日2016年09月21日，公布号为CN105955206A，发明名称“一种基于数据驱动和参数混合优化的多轴运动控制方法”将多电机驱动系统解耦成一系列单关节电机驱动系统采用MFAC算法实现对各关节电机电压的控制从而实现对由多电机驱动的多轴的运动状态的准确控制。在文献MFAC在PVC反应釜温度的控制中，作者提出将CFDL_MFAC算法应用在VCM(氯乙烯单体)聚合生产过程中恒温阶段的温度控制，并在仿真试验中取得良好的控制效果。

FO_FFDL_MFAC控制器属于增量式比例-积分控制结构，下一时刻控制器输出是在上一时刻控制器输出基础上累加得到，导致当海洋运载器的实际航速趋于期望航速时，航速系统的期望输入并不能迅速减小以避免超调；同时，海洋运载器的航速系统具有大时滞特性，在期望输入作用下，航速系统的实际输出在时间上存在严重的滞后性，导致航速系统的实际输入不断偏离期望输入，进一步加剧了超调及震荡。因此将FO_FFDL_MFAC算法直接用于海洋运载器的航速控制时，必然导致海洋运载器航速系统产生严重的超调和震荡现象，航速系统的收敛速度变慢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使海洋运载器航速能够稳定收敛到期望航速的基于低通滤波器的PID型一阶全格式无模型自适应航速控制算法。

一种基于低通滤波器的PID型一阶全格式无模型自适应航速控制算法，具体包括如下步骤：

步骤1：向海洋运载器下达期望航速指令即y*(k)；

步骤2：通过传感器测得海洋运载器当前的实际航速y(k)，并计算航速误差e(k)；

步骤3：判断|e(k)|与误差阈值e₀的关系，若|e(k)|小于预先设定的误差阈值e₀，则认为海洋运载器航速收敛到期望航速，否则执行步骤4；

步骤4：将e(k)作为基于低通滤波器的PID_FO_FFDL_MFAC算法的输入，并由该控制器解算出当前时刻的期望指令u(k)，海洋运载器推进机构即螺旋桨或喷水推进等模式执行期望指令，海洋运载器航速发生改变；

步骤5：通过海洋运载器上搭载的传感器测得此刻海洋运载器的实际航速，并计算当前的海洋运载器航速误差绝并执行步骤3。

所述一种基于低通滤波器的PID型一阶全格式无模型自适应航速控制算法，步骤4具体包括如下步骤：