[发明专利]一种基于广义模糊双曲模型的智能船舶航向控制方法

权利要求书

1.一种基于广义模糊双曲模型的智能船舶航向控制方法，其特征在于包括：

考虑船舶航向控制的回转非线性和外界干扰，建立以船舶舵角为输入，船舶航向角及航向角速度为输出的非线性船舶航向控制模型；

将船舶实际艏向角度与期望艏向角差值作为非线性船舶航向控制模型的输入信息，对该模型中的非线性函数进行逼近，获得智能模糊船舶航向控制模型,设计智能船舶航向控制的模糊虚拟控制函数；

将存在饱和限制的输入信号u与控制信号v进行比较获得误差信号，将该误差信号进行反馈和辅助补偿处理获得辅助补偿信号，从而循环地对船舶舵角输入限制进行补偿；

通过广义模糊双曲正切逼近方法建立模糊航向控制模型，采用饱和补偿方法分析辅助补偿信号，设计模糊自适应更新率，从而实现基于模糊双曲正切的饱和船舶航向控制过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述非线性船舶航向控制模型为：

δ为船舶舵角，φ为船舶航向，其导数为船舶航向角变化速度，K为船舶的回转性指数，T为船舶的跟从性指数，由于船舶的回转性和直线稳定性之间是相互矛盾的，是的非线性函数，近似表示为：为船舶非线性系数，是实值常数；定义x₁＝φ,u＝δ，将公式(1)转化得到船舶航向角及航向角速度为输出的非线性船舶航向控制模型：

其中x＝[x₁ x₂]^T,f₁(x₁)＝0,u是系统饱和极限的控制输入，y是系统的输出，d₁＝0,d₂是未知有界的干扰满足|d₂|≤d^*，f₂(x)是满足利普希兹条件的未知非线性项。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述获得智能模糊船舶航向控制模型时：

首先对输入变量进行线性变换，从而得到广义输入变量

x＝[x₁(t),x₂(t),…,x_n(t)]^T

其中x_i＝x_z-d_zj，x_i的个数为w_i为将x_z线性变换的个数，d_zj为x_z线性变换点。

对船舶航向控制模型中的非线性项逼近采用如下描述：

其中为广义模糊双曲模型逼近误差，为最优参数向量，

结合上述广义模糊双曲正切逼近方法获得智能模糊船舶航向控制模型

采集船舶罗经设备中船舶实际艏向角与期望艏向角差值作为输入Z₁＝x₁-y_d,Z₂＝x₂-α₂，设计智能船舶航向控制的模糊虚拟控制函数：

其中α₂是智能船舶航向控制的模糊虚拟控制函数，y_d是期望的船舶艏向角信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对船舶舵角输入限制进行补偿时：

在船舶航向控制设计中，输入限制的船舶舵角u，-u_m≤u≤u_M，其中，-u_m和u_M分别表示根据船舶海上航行已知输入舵角u的最小值和最大值，饱和限制得到输入值表示为

其中，v表示船舶航向控制中的控制输入；

将存在饱和限制的输入信号u与控制信号v进行比较获得误差信号，采用辅助设计模块进行辅助补偿处理获得辅助补偿信号：

其中，C₂₁0,Δu＝u-v，ε是一个正的设计参数，e是辅助设计模块引入的变量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过广义模糊双曲正切逼近方法建立的模糊航向控制模型以及饱和补偿模块的辅助补偿信号，设计模糊自适应更新率:

其中误差变量Z₂＝x₂-α₂,α₂是设计的虚拟控制率，ρ_i，r_i为大于零的设计参数。

设计了基于模糊双曲正切的饱和船舶航向最终控制率：

其中K₂0为设计参数。