[发明专利]一种智能船舶自动舵系统的模糊自适应输出反馈容错控制方法及系统

权利要求书

1.一种智能船舶自动舵系统的模糊自适应输出反馈容错控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将采集到的航向信息传送给船载计算机，船载计算机考虑船舶稳态回转非线性特性和自动舵系统中舵角输入有界特性，建立有关航向角和控制舵角的智能船舶自动舵系统数学模型，所述航向信息包括根据船舶舵机测量的舵角数据和罗经测量的当前航向角数据，其中航向角的变化率信息为不可测得；

S2、根据自动舵特性模型设计舵机执行器故障系统模型，基于执行器卡死和失效故障，设计智能船舶自动舵系统的控制器故障模型，基于此将输入向量改写为考虑执行器故障的输入向量；

S3、利用模糊逻辑系统的通用逼近原理，对自动舵系统中的未知非线性函数进行逼近，并设计用于估计自动舵系统不可测状态的模糊状态观测器；通过模糊状态观测器与自动舵系统之间的关系得到观测误差动态；

S4、通过万能逼近原理求解所述模糊状态观测器和考虑舵角受限的自动舵系统数学模型以及观测误差动态、中间控制函数、自适应模糊更新率，得到自动舵系统的有界实际控制舵角，此有界舵角指令传递给船舶舵机输出船舶航向角，实现船舶航向的自动舵系统航向轨迹跟踪容错控制；

所述S1中，建立智能船舶自动舵系统数学模型为：

式(1)中，为航向角，δ为舵角；K是船舶回转性指数，T为船舶跟从性指数，为未知的非线性函数，定义状态变量u＝Kδ/T，将式(1)变化，得到船舶航向非线性系统数学模型：

式(2)中，x_i,i＝1,2为系统的状态，u为系统的输入，y为系统的输出，f(x₂)为未知的不确定函数，满足李普希茨条件，存在一个已知常数l，使得为x₂的估计值，p＝K/T为控制增益；

S2中，考虑执行器故障分别为执行器卡死和执行器失效故障设计的控制器故障模型包括：

卡死模型：

失效模型：

u_i(t)＝ρ_iu_i(t)，t≥t_i，i∈{j₁，j₂，...，j_p}∩{1，2，...，m}ρ_i∈[ρ_i，1]，0＜ρ_i≤1 (4)

其中，未知常数，表示第j个执行器发生卡死故障，t_j和t_i分别表示第j个执行器发生卡死故障和第i个执行器发生失效故障，ρ_i是执行器在失效后仍然有效的比例，ρ_i是ρi的下界，当ρ_i等于1时，则相应的执行器是正常的，考虑执行器故障公式(3)和(4)，输入向量u(t)可以改写为：

其中，故障分解模型v(t)＝[v₁(t)，v₂(t)，…，v_m(t)]^T，且