[发明专利]一种船载稳定平台镇定控制抗饱和方法

权利要求书

1.一种船载稳定平台镇定控制抗饱和方法，其特征在于：所述的船载稳定平台的动力学方程如式(1)所示：

式中，为船载稳定平台上支撑面在惯性坐标系下的位姿，由升沉位移z、橫摇角和纵摇角θ组成，和分别为p的一阶导数和二阶导数；M(p)∈R^3×3为惯性矩阵，为科氏向心力矩阵，G(p)∈R³为重力向量，τ＝[τ₁,τ₂,τ₃]^T为船载稳定平台的控制输入向量，由升沉控制力τ₁、橫摇控制力矩τ₂和纵摇控制力矩τ₃组成；船载稳定平台控制输入饱和的数学描述为：

式中，τ_i,max＞0和τ_i,min＜0分别是船载稳定平台控制输入的饱和上界和下界，τ_c,_i为船载稳定平台镇定控制的指令控制输入；记τ_c＝[τ_c,1,τ_c,2,τ_c,3]^T表示船载稳定平台镇定控制的指令控制输入向量，Δτ＝τ_c-τ表示船载稳定平台镇定控制的指令控制输入和实际控制输入的偏差；

所述的船载稳定平台镇定控制抗饱和方法包括以下步骤：

A、设计船载稳定平台的虚拟控制镇定函数

设船载稳定平台上支撑面在惯性坐标系中的期望位姿为由期望的升沉位移z_d、期望的橫摇角和期望的纵摇角θ_d组成，定义船载稳定平台上支撑面在惯性坐标系下的位姿误差向量为S₁＝p-p_d，其一阶导数为：

将视为子系统(3)的虚拟控制输入，对设计镇定函数α：

式中，K₁是3×3维的正定设计矩阵；

B、设计船载稳定平台抗饱和镇定控制律

B1、定义新的误差向量根据式(1)-(4)，对S₂求导：

B2、设计如下辅助动态系统：

式中，K_ρ是3×3维的正定设计矩阵；ρ是辅助动态系统的状态向量；φ(S₂,Δτ,ρ)为一个分段连续函数向量；

B3、设计分段连续函数向量φ(S₂,Δτ,ρ)：

式中，ρ_a和ρ_b均为正的设计常数，且满足ρ_a＜ρ_b；

B4、设计船载稳定平台镇定控制律

式中，K₂和K_s是3×3维的正定设计矩阵；

所述的船载稳定平台镇定控制律包括反馈控制律和抗饱和控制律；所述的反馈控制律用于消除船载稳定平台上支撑面在惯性坐标系中的位姿与期望位姿之间的误差；所述的抗饱和控制律用于补偿船载稳定平台控制输入饱和。