[发明专利]一种水面船舶漂角补偿非线性航向控制方法

权利要求书

1.一种水面船舶漂角补偿非线性航向控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：基于一阶漂角模型和二阶非线性Nomoto模型，建立漂角补偿的水面船舶航向控制状态空间非线性模型；

步骤2：利用指令航向角ψ_r通过前置滤波器获取光滑的指令航向角ψ_d及其导数

步骤3：根据步骤1和步骤2采集指令航向角ψ_d，航向角ψ和漂角β信号并获取航向角误差信号ψ_e(t)＝ψ-ψ_d+β；

步骤4：基于Nussbaum增益方法和自适应控制方法设计航向控制规律，航向控制信号u(t)通过舵机伺服系统驱动转舵最终实现航向控制；

步骤5：判断航向控制效果是否满意，如果“是”则结束控制，如果“否”则更新状态返回步骤3重新计算航向控制信号。

2.根据权利要求1所述的一种水面船舶漂角补偿非线性航向控制方法，其特征在于：步骤1中的水面船舶航向控制状态空间非线性模型由如下公式表示：

其中：系统状态定义为，x₁＝ψ表示航向角，x₂＝β代表漂角，代表航向角速度，代表航向角加速度。Δ_β为漂角模型不确定，f(x)为系统未建模动态(动态不确定)，w为外部时变扰动，g(t)为时变控制系数，u为系统控制信号，c₁和c₂为正常数的漂角模型参数标称值。

3.根据权利要求1所述的一种水面船舶漂角补偿非线性航向控制方法，其特征在于：步骤2中的前置滤波器采用如下公式计算：

其中：ξ为滤波器阻尼，ω是滤波器频率，ψ_r是目标航向角。

4.根据权利要求1所述的一种水面船舶漂角补偿非线性航向控制方法，其特征在于：步骤4中的航向控制信号由如下公式表示：

其中：N(ζ)为Nussbaum函数，z₂＝x₃-α₁和z₃＝x₄-α₂为虚拟误差信号，k₃为设计的正常数，为系统未建模动态(动态不确定)的估计，为外部时变扰动上界的估计，为虚拟控制信号α₂的导数。

控制规律虚拟控制信号α₁和α₂分别由如下公式计算：

其中：k₁和k₂为设计的正常数，z₁＝ψ_e＝x₁-ψ_d+x₂，为漂角模型不确定的估计。